Wissenschaft

Blazare sind aktive galaktische Kerne, die von supermassiven schwarzen Löchern angetrieben werden und viel mehr Strahlung aussenden als ihre gesamte Galaxie. (Foto: JMU)

01.08.2022

Neutrinofabriken in den Tiefen des Weltraums

Die winzigen Teilchen, die unseren Planeten aus den Tiefen des Universums erreichen, stammen von Blazaren

Die Erdatmosphäre wird ständig von kosmischer Strahlung bombardiert. Diese besteht aus elektrisch geladenen Teilchen mit Energien von bis zu 1020 Elektronenvolt. Das ist eine Million Mal mehr als die Energie, die im leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger der Welt erreicht wird, dem Large Hadron Collider bei Genf. Die extrem energiereichen Teilchen kommen aus den Tiefen des Weltraums, sie haben Milliarden von Lichtjahren zurückgelegt. Woher kommen sie, was schießt sie mit so ungeheurer Wucht durch das Universum? Diese Fragen gehören zu den größten Herausforderungen der Astrophysik seit über einem Jahrhundert.

Die Geburtsstätten der kosmischen Strahlung erzeugen Neutrinos. Das sind neutrale Teilchen, die sich nur schwer nachweisen lassen. Sie haben fast keine Masse und treten kaum mit Materie in Wechselwirkung. Sie rasen durch das Universum und können Galaxien, Planeten und den menschlichen Körper fast spurlos durchqueren. „Astrophysikalische Neutrinos entstehen ausschließlich in Prozessen, bei denen die kosmische Strahlung beschleunigt wird“, erklärt die Astrophysik-Professorin Sara Buson von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

Genau das macht diese Neutrinos zu einzigartigen Boten, die den Weg zur Lokalisierung der Quellen kosmischer Strahlung ebnen. Trotz der riesigen Datenmenge, die Astrophysiker gesammelt haben, ist die Zuordnung von hochenergetischen Neutrinos zu den astrophysikalischen Quellen, aus denen sie stammen, seit Jahren ein ungelöstes Problem.

 

Mehr Strahlung als ihre gesamte Galaxie



Sara Buson brachte 2017 erstmals einen Blazar (TXS 0506+056) als mutmaßliche Neutrinoquelle ins Gespräch. Blazare sind aktive galaktische Kerne, die von supermassiven schwarzen Löchern angetrieben werden und viel mehr Strahlung aussenden als ihre gesamte Galaxie. Die Veröffentlichung löste eine wissenschaftliche Debatte darüber aus, ob es tatsächlich einen Zusammenhang zwischen Blazaren und hochenergetischen Neutrinos gibt.

2021 begann ein Forschungsprojekt. Dabei geht es darum, verschiedene Signale (zum Beispiel Neutrinos) aus dem Universum zu analysieren. Das Hauptziel besteht darin, den Ursprung astrophysikalischer Neutrinos zu klären und möglicherweise Blazare als erste Quelle extragalaktischer hochenergetischer Neutrinos zu identifizieren. Das Projekt zeigt nun einen ersten Erfolg: Buson beschrieb, dass Blazare mit einem noch nie dagewesenen Grad an Sicherheit mit astrophysikalischen Neutrinos in Verbindung gebracht werden können. “Wir nutzen Neutrinodaten, die vom IceCube-Neutrino-Observatorium in der Antarktis gewonnen wurden – dem empfindlichsten Neutrinodetektor, der derzeit in Betrieb ist – und einen Katalog von astrophysikalischen Objekten, die mit Sicherheit als Blazare identifiziert wurden“, sagt die Würzburger Professorin.

„Wir haben eine Kreuzkorrelationsanalyse zwischen den Datenproben durchgeführt und starke Belege dafür gefunden, dass eine Untergruppe von Blazaren die beobachteten hochenergetischen Neutrinos erzeugt. Die Ergebnisse liefern zum ersten Mal einen unwiderlegbaren Beobachtungsbeweis dafür, dass die Untergruppe der PeVatron-Blazare extragalaktische Neutrinoquellen und damit Beschleuniger der kosmischen Strahlung sind.“ (Robert Emmerich)

 

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