Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Südpol-Teleskop liefert überraschenden Befund zu kosmischen Super-Beschleunigern

19.04.2012
Aus dem Kosmos prasseln Teilchen auf die Erdatmosphäre, die millionenfach höhere Energie haben als die im stärksten Beschleuniger der Erde.
Wie diese sogenannte kosmische Teilchenstrahlung so stark beschleunigt wird, ist allerdings noch weitgehend rätselhaft. Mit dem weltgrößten Neutrino-Teleskop IceCube in der Antarktis haben Forscher festgestellt, dass eine der vermuteten Arten kosmischer Super-Beschleuniger möglicherweise doch nicht für die energiereichsten Teilchen verantwortlich ist. Damit wird eine der beiden führenden Hypothesen zum Ursprung der höchstenergetischen kosmischen Teilchen infrage gestellt, wie das internationale Forscherteam im britischen Fachjournal "Nature" berichtet.

Die vor hundert Jahren entdeckte Kosmische Strahlung bildet einen beständigen Teilchenhagel aus dem All. Manche Wasserstoff-Atomkerne (Protonen) darin haben so viel Energie wie ein schnell geschlagener Tennisball - dabei ist der Durchmesser eines Tennisballs 40 Billionen Mal größer. “Wir wissen, dass es diese hochenergetische Kosmische Strahlung gibt, aber wir wissen nicht, woher sie kommt", betont DESY-Forscher Prof. Alexander Kappes, der mit dem Neutrino-Teleskop dem Ursprung der Kosmischen Strahlung auf der Spur ist. Die Teilchen der Kosmischen Strahlung sind elektrisch geladen und werden auf ihrem Weg durchs All von zahlreichen Magnetfeldern abgelenkt. Daher lässt sich aus der Richtung, aus der sie die Erde treffen, nicht mehr auf ihre Quelle schließen.

Aussichtsreiche Kandidaten für die Quellen der höchstenergetischen Teilchen sind supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum aktiver Galaxien und sogenannte Gamma Ray Bursts (GRB). "Gamma Ray Bursts sind - nach dem Urknall - die gewaltigsten Explosionen, die wir im Kosmos kennen", betont Kappes, der auch Gastprofessor an der Berliner Humboldt-Universität ist. Sie überstrahlen für einige Sekunden das gesamte restliche Universum im Bereich der Gammastrahlung. Man nimmt an, dass es sich bei langen Gamma Ray Bursts, die mehr als zwei Sekunden lang aufflackern, um den Kernkollaps eines massereichen Sterns in einer fernen Galaxie handelt, wobei ein Schwarzes Loch entsteht.

Dieser Prozess setzt genug Energie frei, um die subatomaren Teilchen der Kosmischen Strahlung auf die beobachteten Energien zu beschleunigen. Allerdings sollten mit den energiereichen Atomkernen auch Neutrinos entstehen. Diese geisterhaften Elementarteilchen sind ultraleichte Cousins des Elektrons, die durch fast alles ungehindert hindurchfliegen. Um sie nachzuweisen, muss man riesige Detektoren einsetzen. Das Neutrino-Teleskop IceCube benutzt das ewige Eis des Südpols als Teil des Detektors. IceCube späht unter der Eisdecke mit mehr als 5000 einzelnen optischen Sensoren (Photomultipliern) in rund einem Kubikkilometer antarktischem Eis nach den extrem seltenen Zusammenstößen eines Neutrinos mit einem Atomkern.

Mit diesem weltweit empfindlichsten Neutrino-Teleskop hat das internationale IceCube-Forscherteam rund 300 Gamma Ray Bursts aus den Jahren 2008 bis 2010 untersucht. Wenn Gamma Ray Bursts die Quelle der höchstenergetischen kosmischen Teilchenstrahlung sind, sollten von den Ausbrüchen nicht nur Gammastrahlen, sondern auch Neutrinos auf direktem Weg die Erde erreichen. Denn Neutrinos sind elektrisch neutral und werden daher nicht von Magnetfeldern abgelenkt. "Erstmals haben wir ein ausreichend empfindliches Instrument, das einen neuen Blick auf die Erzeugung der Kosmischen Strahlung und auf die inneren Prozesse von Gamma Ray Bursts eröffnet", unterstreicht IceCube-Sprecher Prof. Greg Sullivan von der Universität von Maryland (USA).
Doch IceCube fand in den zwei Jahren Untersuchungszeit überraschenderweise kein einziges Neutrino, das zu einem der untersuchten rund 300 Ausbrüche passt. "Aus der Beobachtung folgen zwei Möglichkeiten", sagt Kappes. "Entweder ist unsere Vorstellung, dass Gamma Ray Bursts eine Hauptquelle der extrem energiereichen Kosmischen Strahlung sind, falsch. Oder unsere Rechenmodelle von den Vorgängen in einem Gamma Ray Burst beruhen auf falschen oder zu stark vereinfachten Annahmen." In jedem Fall müssen die gegenwärtigen Modelle zur Produktion von kosmischer Strahlung und Neutrinos in Gamma Ray Bursts überarbeitet werden.

"Obwohl wir nicht herausgefunden haben, woher die Kosmische Strahlung kommt, haben wir einen wichtigen Schritt zum Ausschluss einer der bevorzugten Vorhersagen erreicht", unterstreicht IceCube-Projektleiter Prof. Francis Halzen von der Universität von Wisconsin. Mit der vollen Ausbaustufe und mit zunehmender Messzeit wird IceCube in den kommenden Jahren wichtige Informationen zur Klärung dieser Frage liefern.

Über IceCube
IceCube ist ein Teleskop für energiereiche Neutrinos am geographischen Südpol. 5160 optische Sensoren (Photomultiplier), die bis in 2,5 Kilometer Tiefe ins ewige Eis eingelassen sind, spähen nach den Signalen seltener Neutrino-Kollisionen im Eis. Die gesamte Anlage hat ein Volumen von einem Kubikkilometer, das ist 400 Mal so groß wie die große Pyramide von Gizeh. Das weltweit größte und empfindlichste Neutrinoteleskop wird von einer Kooperation von rund 250 Physikern aus den USA, Deutschland, Schweden, Belgien, der Schweiz, Japan, Kanada, Neuseeland, Australien und Barbados betrieben. Aus Deutschland sind neun Institute beteiligt: die Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, die Humboldt-Universität zu Berlin, die Ruhr-Universität Bochum, die Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, die Technische Universität Dortmund, die Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, die Technische Universität München, und die Bergische Universität Wuppertal sowie das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY. Der international organisierte und finanzierte Bau von IceCube wurde 2010 abgeschlossen. Der Aufbau des Experiments und die Auswertung der Daten in Deutschland wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Helmholtz-Allianz für Astroteilchenphysik (HAP) gefördert.

Originalveröffentlichung:
"An Absence of Neutrinos Associated with Cosmic Ray Acceleration in Gamma-Ray Bursts"; Abbasi et al.; "Nature", Bd. 484, S. 351, DOI: 10.1038/nature11068

Dr. Thomas Zoufal | idw
Weitere Informationen:
http://www.desy.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Die Sonne: Motor des Erdklimas
23.08.2017 | Generalverwaltung der Max-Planck-Gesellschaft, München

nachricht Entfesselte Magnetkraft
23.08.2017 | Generalverwaltung der Max-Planck-Gesellschaft, München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie