Energiereichstes Neutrino aller Zeiten mit Unterwasserteleskop entdeckt
Seit Jahrzehnten läuft in der Astrophysik die Suche nach hochenergetischen kosmischen Teilchen namens Neutrinos. Jetzt konnte mit einem Teleskop unter dem Mittelmeer das Neutrino mit der bisher höchsten Energiedichte eingefangen werden. Diese bahnbrechende Entdeckung war durch die Unterstützung von fünf EU-finanzierten Projekten möglich – KM3NET-INFRADEV2, MuSES, MessMapp, UNOS und ChETEC-INFRA(öffnet in neuem Fenster). Nun können die energiereichsten und entferntesten Ereignisse im Universum besser erforscht werden. Das hochenergetische Neutrino – ein winziges Teilchen mit kaum Masse, das ganze Planeten ungehindert und unbemerkt passieren kann – wurde am 13. Februar 2023 mit dem Neutrinoobservatorium KM3NeT entdeckt. Das treffend benannte Geisterteilchen hatte eine Energie von 220 Peta-Elektronenvolt (PeV) – etwa das 100-Millionen-Milliardenfache der Energie von Photonen im sichtbaren Licht und etwa das 30-Fache der höchsten bisher nachgewiesenen Neutrinoenergie. Es bedurfte jedoch monatelanger Beobachtungen, um die Bedeutung zu erkennen. „Zuerst wurde mir bewusst, wie spektakulär es war, als ich auf die Ereignisanzeige schaute“, berichtet Paschal Coyle, ein Forscher am Projektträger von KM3NET-INFRADEV2 und Projektpartner von ChETEC-INFRA, dem Französischen Nationalen Zentrum für Wissenschaftliche Forschung, in einer Pressemitteilung(öffnet in neuem Fenster) auf „Astronomy“. „Es hatte so viel mehr Photonen (Lichtteilchen) als alles, was wir je gesehen haben“, fährt Coyle fort, der zum Artikel(öffnet in neuem Fenster) in der Fachzeitschrift „Nature“ beitrug. Die Forschenden konnten das ultrahochenergetische Neutrino durch die hochempfindlichen optischen Sensoren am ARCA-Detektor des KM3NeT entdecken, der in einer Tiefe von etwa 3 450 Metern vor der Küste von Sizilien in Italien installiert ist. Das ARCA-Array ist einer von zwei Detektoren des KM3NeT. Der Zweite – ORCA – befindet sich vor der Küste von Toulon in Frankreich.
Das Licht einfangen
Am 13. Februar hat der ARCA-Detektor ein Signal von einem extrem energiereichen Myon eingefangen – einem subatomaren Teilchen, das von Neutrinos erzeugt wird. Der Lichtblitz des Myons auf dem Weg durch das Wasser dauerte etwa 2 Mikrosekunden, doch das Teleskop hat die Photonen mit Mikropräzision erfasst. Die Energie des Myons wurde auf etwa 120 PeV geschätzt. Das Neutrino, von dem er erzeugt wurde, müsste also eine noch höhere Energie von etwa 220 PeV haben. Die Energie des Neutrinos und die nahezu horizontale Ausrichtung machen dieses Ereignis besonders außergewöhnlich. Für ein solches Neutrino sind extreme kosmische Bedingungen wie ein explodierender Stern oder ein supermassereiches Schwarzes Loch erforderlich. „Dieses Neutrino ist definitiv in dem Energiebereich, in dem wir kosmogene Neutrinos erwarten“, kommentiert Coyle. Die Erforschung eines solchen Neutrinos könnte zu Erkenntnissen zum Kosmos führen. Das Team hat mehrere aktive Galaxien bestimmt, aus denen das Neutrino stammen könnte. Bisher wurde jedoch keine als Quelle bestätigt und die Ursprünge sind weiterhin unbekannt. Das Projekt UNOS (Unifying Neutrino Observatories Searches) endet 2024. KM3NET-INFRADEV2 (Towards full implementation of the KM3NeT Research Infrastructure) und ChETEC-INFRA (Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos - Infrastructures for Nuclear Astrophysics) enden 2025. MessMapp (Mapping Highly-Energetic Messengers throughout the Universe) endet im Jahr 2026 und MuSES (Multi-messenger Studies of Extragalactic Super-colliders) im Jahr 2029. Weitere Informationen: Projekt KM3NET-INFRADEV2 Projekt MuSES Projekt MessMapp Projekt UNOS ChETEC-INFRA-Projektwebsite(öffnet in neuem Fenster)
