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IceCube: Ursprung hochenergetischer Teilchen weiterhin rätselhaft

Kosmischer TeilchenschauerLaden...

Beständig treffen Atomkerne und Elektronen aus allen Richtungen des Weltalls die Erdatmosphäre. Sie stammen zum Teil von unserer Sonne, andere dagegen vermutlich aus der Nachbarschaft Schwarzer Löcher und von Sternexplosionen in der Milchstraße. Doch wo die vergleichsweise seltenen energiereichsten Partikel der kosmischen Strahlung ihren Ursprung haben, ist bislang unklar. Neben aktiven Galaxienkernen hatten Forscher vor allem entfernte Gammastrahlenausbrüche in Verdacht, die Teilchen gen Erde zu beschleunigen. Neue Ergebnisse des Neutrinoteleskops IceCube in der Antarktis sprechen nun aber gegen diese Theorie.

Zwischen Mai 2008 und April 2010 suchten Nathan Whitehorn von der University of Wisconsin in Madison und seine Kollegen mit den IceCube-Detektoren nach Spuren von Neutrinos, die sowohl zeitlich als auch räumlich zu einem Gammastrahlenausbruch passen. Bei diesen gewaltigen Explosionen, in denen vermutlich ein Stern zu einem Schwarzen Loch kollabiert oder zwei Neutronensterne miteinander verschmelzen, wird Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All hinausgeschleudert. Die hierbei beschleunigten Protonen treten mit der ebenfalls emittierten Gammastrahlung in Wechselwirkung, und bei den dadurch hervorgerufenen Teilchenreaktionen entstehen, so die Theorie, letztlich auch Neutrinos.

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Kosmischer Teilchenschauer | Beständig prasseln Atomkerne, Protonen und Elektronen aus allen Richtungen auf die Erdatmosphäre, wo sie durch Kollisionen mit Sauerstoff- und Stickstoffatomen buchstäblich einen Schauer aus Sekundärteilchen hervorrufen. Über die Quelle der hochenergetischen kosmischen Teilchen wird bisher nur spekuliert.

Da diese elektrisch neutral sind und somit nicht von Magnetfeldern abgelenkt werden, müssten sie nahezu zeitgleich mit der Gammastrahlung auf der Erde eintreffen. Für über 300 Gammablitze, die für wenige Sekunden bis hin zu einigen Minuten andauern, prüfte das Team diese Hypothese mit entsprechenden Detektordaten. Die Detektoren von IceCube weisen Neutrinos indirekt über ein schwaches blaues Leuchten nach, das von Sekundärteilchen emittiert wird. Diese entstehen, wenn ein Neutrino mit einem Atomkern zusammenstößt, während es durch das Eis dringt.

"Ein führendes Modell ließ erwarten, in den gesamten Daten 8,4 Ereignisse – also Neutrinos aus Gammastrahlenausbrüchen – zu beobachten", berichtet Koautor Spencer Klein vom Lawrence Berkeley National Laboratory im US-Bundesstaat Kalifornien. Tatsächlich fand man aber kein einziges Neutrinosignal aus Richtung der Explosionen.

Dieses überraschende Ergebnis könnte bedeuten, dass Gammablitze anders als erwartet nicht für die energiereichsten Partikel der kosmischen Strahlung verantwortlich sind oder zumindest nicht zu deren Hauptlieferanten zählen. Andererseits wären auch fehlerhafte oder zu stark vereinfachte Annahmen bei den theoretischen Modellen denkbar, die die Vorgänge bei einer solchen Explosion beschreiben: Möglicherweise entstehen deutlich weniger Neutrinos bei einem solchen Ereignis als berechnet. In jedem Fall müssen die gegenwärtigen Theorien zur Produktion von kosmischer Strahlung und Neutrinos in Gammastrahlenausbrüchen noch einmal überdacht werden, schließen die Wissenschaftler.

Eine viel versprechende Alternative als Quelle energiereicher Partikel bieten die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren aktiver Galaxien, die Materie durch ihre enorme Gravitation förmlich ansaugen. Senkrecht zu der Akkretionsscheibe schießen gebündelte Materiestrahlen ins All, die als starke Linearbeschleuniger fungieren könnten. Die erreichbaren Energien wären allerdings bis zu 100 Millionen Mal höher als in Beschleunigern auf der Erde.

16. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16. KW 2012

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