Am 13. Februar 2023 wurde ein Neutrino mit Rekordenergie vom Unterwasserteleskop KM3NeT vor der Küste Siziliens aufgefangen. Diese Entdeckung, die im Februar 2025 in
Nature veröffentlicht wurde, markiert einen Meilenstein in der Erforschung der gewalttätigsten kosmischen Phänomene wie Schwarze Löcher oder Gammastrahlenausbrüche.
Neutrinos, fast ungreifbare Elementarteilchen, durchdringen Materie, ohne mit ihr zu interagieren. Ihre Detektion ist eine technologische Herausforderung, aber ihre Erforschung liefert wertvolle Informationen über extreme astrophysikalische Ereignisse. Dieses Neutrino mit einer Energie von 220 Peta-Elektronenvolt (also 220 Millionen Milliarden Elektronenvolt) eröffnet ein neues Fenster ins Universum.
Künstlerische Darstellung des KM3NeT-Detektors
© Camille Combes, Agence Ouvreboîte
Bild Wikimedia Rekordenergie für ein winziges Teilchen
Mit einer Energie, die dreißigmal höher ist als die der bisher detektierten Neutrinos, stellt dieses Neutrino die aktuellen astrophysikalischen Modelle auf die Probe. Sein Ursprung könnte mit gewalttätigen kosmischen Phänomenen wie Sternexplosionen oder supermassereichen Schwarzen Löchern zusammenhängen.
Diese Entdeckung wurde dank des KM3NeT-Teleskops möglich, das in 3.450 Metern Tiefe versenkt ist. Dieses Teleskop integriert Lichtsensoren, die das Tscherenkow-Licht aufzeichneten, das bei einer sehr seltenen Wechselwirkung des Neutrinos mit Wasser entstand, sowie seine überlichtschnelle Geschwindigkeit in diesem Medium.
KM3NeT: Ein hochmodernes Unterwasserobservatorium
Das noch nicht vollständig fertiggestellte KM3NeT-Teleskop umfasst zwei Standorte: ARCA, das auf hochenergetische Neutrinos spezialisiert ist, und ORCA, das sich auf niedrige Energien konzentriert. Diese Anlagen nutzen die Eigenschaften des Tiefwassers, um Neutrinos mit unübertroffener Präzision zu detektieren.
Die marine Umgebung bietet ideale Bedingungen: keine störenden Lichtquellen und die Transparenz des Wassers. Die am Meeresboden verankerten Sensoren erfassen die Lichtblitze, die von Neutrinos erzeugt werden, und ermöglichen so die Rekonstruktion ihrer Flugbahn und Energie.
Ein noch mysteriöser Ursprung
Die Forscher versuchen, die Quelle dieses Neutrinos zu ermitteln, die möglicherweise von einem extragalaktischen Ereignis stammt. Blazare, supermassereiche Schwarze Löcher oder Gammastrahlenausbrüche gehören zu den in Betracht gezogenen Hypothesen.
Die Analyse der Richtung und Energie des Neutrinos wird helfen, diese Hypothesen zu verfeinern. Diese Entdeckung könnte auch Aufschluss über den Ursprung der kosmischen Strahlung geben, ultraenergetischer Teilchen, deren Quelle noch unbekannt ist.
Eine neue Ära für die Neutrino-Astronomie
Diese Entdeckung markiert den Beginn einer neuen Ära in der Neutrino-Forschung. KM3NeT wird nach seiner vollständigen Fertigstellung die Beobachtung weiterer dieser Teilchen ermöglichen und das Verständnis extremer kosmischer Phänomene verbessern.
Neutrinos, kosmische Boten, bieten eine einzigartige Sicht auf das Universum. Ihre Erforschung in Kombination mit der von Gravitationswellen und Gammastrahlen ebnet den Weg für eine Multi-Messenger-Astronomie.
Weiterführende Informationen: Was ist ein Neutrino?
Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen mit nahezu verschwindender Masse. Sie entstehen bei Kernreaktionen wie denen der Sonne oder von Supernovae und durchdringen Materie mit einer sehr geringen Wechselwirkungswahrscheinlichkeit, was ihre Detektion schwierig macht.
Ihre Erforschung hilft, extreme astrophysikalische Prozesse besser zu verstehen. Hochenergetische Neutrinos, wie das von KM3NeT detektierte, entstehen bei gewalttätigen kosmischen Ereignissen wie Schwarzen Löchern oder Gammastrahlenausbrüchen.
Wie werden Neutrinos detektiert?
Die Detektion von Neutrinos basiert auf der Beobachtung von Tscherenkow-Licht, das entsteht, wenn ein Neutrino mit einem Atomkern in Wasser oder Eis interagiert. Dieses Licht wird von Netzwerken optischer Sensoren wie denen von KM3NeT oder IceCube in der Antarktis erfasst.
Unterwasser- oder in Eis eingebettete Teleskope bieten ein ausreichendes Detektionsvolumen, um diese extrem seltenen Wechselwirkungen zu erfassen. Diese Anlagen erfordern fortschrittliche Technologien, um in extremen Umgebungen zu funktionieren.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature