Die kosmische Strahlung besteht aus Strömen von Teilchen, die aus dem Weltraum auf die Erde und ihr schützendes Magnetfeld einprasseln. Ein Großteil dieser Partikel ist enorm energiereich und geladen. Der Theorie nach entstehen sie, wenn Materie stark beschleunigt wird, wie es beispielsweise im Umfeld Schwarzer Löcher oder bei kosmischen Explosionen der Fall ist. Doch weil die geladenen Teilchen – unter anderem Protonen und Elektronen – auf ihrem Weg von ihrer Quelle zu uns von Magnetfeldern abgelenkt werden, ist es bisher nicht gelungen, die Herkunft der besonders energiereichen kosmischen Strahlung zurückzuverfolgen. Hier kommen nun die Neutrinos ins Spiel: Die energiereichsten dieser Elementarteilchen entstehen der Theorie nach als Beiprodukt der “kosmischen Teilchenbeschleuniger”, sind aber ungeladen und interagieren kaum mit Materie. Sie können daher Milliarden Lichtjahre ohne nennenswerte Ablenkung durch das Weltall rasen. Gelingt es, die Herkunft eines solchen “kosmischen Botschafters” zu ermitteln, könnte dies auch verraten, woher die kosmische Strahlung kommt.
Neutrinosignal am Südpol
Genau dies ist nun den Forschern der IceCube-Kollaboration gemeinsam mit Astrononen von 18 weiteren Observatorien in einer Art astronomischer Ringfahndung gelungen. Das entscheidende Signal empfing der am Südpol installierte Neutrino-Detektor IceCube am 22. September 2017. Die tief im Eis versenkten Fotosensoren des Detektors registrierten die charakteristischen Lichtblitze, die ein energiereiches Neutrino bei seiner Passage durch das Eis erzeugt. Die Auswertung der Daten ergab, dass dieses Neutrino eine Energie von rund 290 Teraelektronenvolt (TeV) besaß – das ist mehr als das 40-Fache dessen, was der stärkte Teilchenbeschleuniger der Erde, der Large Hadron Collider des CERN bei Genf, zu erzeugen vermag. Diese hohe Energie deutete darauf hin, dass dieses Neutrino von einer fernen Quelle stammen könnte. Weil das Signal mehrere Fotosensoren im Eis aktivierte, gelang es den Forschern, die Flugbahn dieses Neutrinos zu bestimmen.
Kurz nachdem IceCube das Neutrino-Signal detektiert hatte, ging eine automatisierte Meldung an mehrere andere astronomische Observatorien, darunter die Weltraumteleskope “Fermi”, “Integral” und “Swift”, sowie mehrere erdbasierte optische, Radio- und Gammastrahlenteleskope. Ihre Aufgabe: Nach elektromagnetischer Strahlung suchen, die von der Quelle des Neutrinos ausgehen und so ihre Natur verraten könnte. Wenig später meldeten Forscher am Gammastrahlen-Teleskop Fermi, dass die Flugroute des Neutrinos auf den bekannten Blazar TXS 0506+056 wies. Dabei handelt es um den aktiven Kern einer fast vier Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Orion. In ihrem Zentrum befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch, das Jets aus Teilchen und energiereicher Strahlung mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ins All hinausschleudert. Weil mindestens einer dieser Jets auf die Erde zeigt, ist er als starke Strahlenquelle nachweisbar.
