Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

13.07.2018

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und Blazar-Experten Paolo Padovani von der Europäischen Südsternwarte (ESO) eine 1,33 Grad große Himmelsregion um die Position, aus deren Richtung am 22. September 2017 ein hochenergetisches Neutrino in den IceCube-Detektor eingeschlagen war.


Das IceCube Lab am Südpol unter den Sternen.

Martin Wolf, IceCube/NSF

Als Quelle dieses Neutrinos hatte eine internationale Kooperation, an der auch Resconi beteiligt ist, einen Blazar mit der Katalognummer TXS 0506+056 ausgemacht, das ist eine aktive Galaxie, deren Jet hochenergetischer Teilchen direkt in Richtung Erde zeigt. „Es ist eines der hellsten und eigentümlichsten Objekte, das jemals beobachtet wurde“, sagt Elisa Resconi.

Viele Konkurrenzobjekte im „Open Universe“

Die Forschergruppe um Resconi und Padovani nutzte für ihre Arbeit erstmals die frei zugänglichen Archiv-Daten von „Open Universe“, einer Initiative unter der Schirmherrschaft des Büros der Vereinten Nationen für Weltraumfragen, die von Paolo Giommi, Hans-Fischer-Senior-Fellow am TUM Institute for Advanced Study, ins Leben gerufen wurde.

Mit einer speziell hierfür entwickelten Software durchkämmten sie die Daten von zahlreichen Teleskopen und charakterisierten die Signale. Tatsächlich fanden sie zunächst 637 Objekte, darunter auch sieben Blazar-artige, von denen das IceCube-Neutrino stammen könnte. Anschließend nahmen sie diese genauer unter die Lupe.

TUM-Team liefert entscheidenden Beitrag

Nach sorgfältiger Analyse blieb nur noch ein Konkurrenz-Blazar übrig. Dieser war dem Team insbesondere für den Zeitraum von September 2014 bis März 2015 als starke Quelle hochenergetischer Gamma-Strahlung aufgefallen. In dieser Zeit hatte IceCube weitere Neutrinos aus Richtung TXS 0506+056 detektiert, wie eine nachträgliche Untersuchung aller bisherigen IceCube-Neutrinos seit 2008 offenbart hatte.

„Wir konnten aber schließlich zeigen, dass das Strahlungsprofil von TXS 0506+056 perfekt zu den Energien der Neutrinos passt, so dass wir alle anderen Quellen und insbesondere den Hauptkonkurrenten ausschließen konnten“, sagt Paolo Padovani.

Neutrinos sind einzigartige kosmische Boten

Resconi, Padovani und Giommi waren im Jahr 2017 die ersten Wissenschaftler, die eine Beziehung zwischen hochenergetischen IceCube-Neutrinos und Blazaren herzustellen versuchten. „Nun können wir einen entscheidenden Beitrag zum Nachweis liefern, dass Blazare die Quellen kosmischer Neutrinos sind“, sagt Elisa Resconi.

Das Ende einer mehr als hundert Jahre dauernden Suche nach den Herkunftsorten hochenergetischer kosmischer Teilchen markiert für Elisa Resconi gleichzeitig einen neuen Anfang: „In Zukunft wissen wir nun besser, wonach wir suchen müssen“. Neutrinos sind dabei die einzigen kosmischen Boten, mit denen die höchstenergetischen Phänomene im Universum untersucht werden können.

Die aufwändige Suche nach den flüchtigen Teilchen

Neutrinos sind jedoch extrem flüchtige Teilchen. Da sie kaum mit anderer Materie wechselwirken, passieren sie praktisch jede Art von Materie ungehindert. Der IceCube-Detektor im Südpol-Eis ist daher mit einem Volumen von einem Kubikkilometer zwar der größte Detektor weltweit, aber immer noch zu klein: Seit 2013 sind bisher nur 82 höchstenergetische Neutrinos in das IceCube-Eis eingeschlagen.

Daher arbeitet Elisa Resconi am Design eines über die Erde verteilten Netzwerks an Neutrino-Teleskopen. Das Ziel: Die Zahl der detektierten Neutrinos so zu erhöhen, dass Wissenschaftler mit ihnen echte Astronomie betreiben können – und in Kombination mit den anderen astronomischen Informationsquellen, elektromagnetischen Wellen und Gravitationswellen, viele bislang noch unverstandene Phänomene des Universums zu erforschen.

Neues Neutrino-Projekt der TUM im Pazifik

Ende Juni hat Resconis TUM-Team außerdem ein ganz neues Projekt erfolgreich auf den Weg gebracht: Im nordöstlichen Pazifik wurden gerade zwei 150 Meter lange Drahtseile mit insgesamt acht Detektoren in 2700 Meter Tiefe auf dem Meeresgrund befestigt.

„Sollte der Standort geeignet sein, könnte man dank der vorhandenen Infrastruktur darüber nachdenken, wie dort in relativ kurzer Zeit ein komplettes Neutrino-Teleskop installiert werden könnte“, sagt Elisa Resconi. „Ein Neutrino-Teleskop im Pazifik würde IceCube und die nächste Generation von IceCube am Südpol perfekt ergänzen.“

Weitere Informationen:

Das Neutrino-Teleskop IceCube wird im Wesentlichen von der National Science Foundation (NSF), USA, finanziert. Betrieben wird es unter der Federführung der University of Wisconsin-Madison.

Zum Bau von IceCube trugen daneben folgende Institutionen bei: der Nationalfonds für wissenschaftliche Forschung (FNRS & FWO), Belgien; das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Deutschland; die Knut-und-Alice-Wallenberg-Stiftung, das Schwedische Polarforschungssekretariat und der Schwedische Forschungsrat, Schweden; das Department of Energy und der Forschungsfonds der University of Wisconsin-Madison, USA.

Im Rahmen der IceCube-Kollaboration arbeiten rund 300 Wissenschaftler aus 49 Institutionen in 12 Ländern zusammen. In Deutschland sind beteiligt: RWTH Aachen, Humboldt-Universität zu Berlin, Ruhr-Universität Bochum, TU Dortmund, Universität Erlangen-Nürnberg, Universität Mainz, Universität Münster, Technische Universität München und Universität Wuppertal. Das Forschungsprogramm von IceCube wird in Deutschland finanziert vom BMBF, der Helmholtz Gesellschaft, der DFG sowie mit weiteren Mitteln der beteiligten Institutionen.

Die interdisziplinäre Zusammenarbeit der Forschungsgruppe zwischen Elisa Resconi (TUM) und Paolo Padovani (ESO) wurde initiiert durch den Exzellenzcluster „Ursprung und Struktur des Universums“ (EXC153), finanziert von der DFG.

Das Projekt von Elisa Resconi im nordöstlichen Pazifik wurde durchgeführt in Zusammenarbeit mit Ocean Networks Canada, einer Initiative der University of Victoria, Kanada, und finanziert von der DFG über den Exzellenzcluster Universe und den Sonderforschungsbereich 1258 „Neutrinos und Dunkle Materie in Astro- und Teilchenphysik“, deren Initiatorin und Sprecherin Elisa Resconi ist.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Elisa Resconi
Technische Universität München
Professur für Experimentalphysik mit kosmischen Teilchen
Sonderforschungsbereich 1258
E-Mail: elisa.resconi@tum.de
Tel.: +49 89 289 12422

Dr. Paolo Padovani
Europäische Südsternwarte
E-Mail: ppadovan@eso.org
Tel.: +49 89 32006478

Dr. Paolo Giommi
Hans Fischer Senior Fellow
Technische Universität München
Institute for Advanced Study (IAS)
E-Mail: paolo.giommi@ssdc.asi.it

Originalpublikation:

IceCube, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, HESS, INTEGRAL, Kapteyn, Kanata, Kiso, Liverpool, Subaru, Swift, VERITAS, VLA: Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science, 12 July 2018, DOI: 10.1126/science.aat1378
Link: http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/

Weitere Informationen:

https://mediatum.ub.tum.de/1448533
Dieser Text im Web:
https://www.tum.de/die-tum/aktuelles/pressemitteilungen/detail/article/34811/

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München

Weitere Berichte zu: DFG ESO IceCube Materie Neutrino-Teleskop Neutrinos Pazifik Südsternwarte TUM Teilchen Universe

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Oberflächen mit flexiblen und handlichen Plasmaquellen aktivieren
17.10.2018 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Reise zum Merkur mit Berner Beteiligung
17.10.2018 | Universität Bern

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: Auf Wiedersehen, Silizium? Auf dem Weg zu neuen Materalien für die Elektronik

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgarien) und Madrid (Spanien) ein neues, metall-organisches Material entwickelt, welches ähnliche Eigenschaften wie kristallines Silizium aufweist. Das mit einfachen Mitteln bei Raumtemperatur herstellbare Material könnte in Zukunft als Ersatz für konventionelle nicht-organische Materialien dienen, die in der Optoelektronik genutzt werden.

Bei der Herstellung von elektronischen Komponenten wie Solarzellen, LEDs oder Computerchips wird heutzutage vorrangig Silizium eingesetzt. Für diese...

Im Focus: Goodbye, silicon? On the way to new electronic materials with metal-organic networks

Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz (Germany) together with scientists from Dresden, Leipzig, Sofia (Bulgaria) and Madrid (Spain) have now developed and characterized a novel, metal-organic material which displays electrical properties mimicking those of highly crystalline silicon. The material which can easily be fabricated at room temperature could serve as a replacement for expensive conventional inorganic materials used in optoelectronics.

Silicon, a so called semiconductor, is currently widely employed for the development of components such as solar cells, LEDs or computer chips. High purity...

Im Focus: Blauer Phosphor – jetzt erstmals vermessen und kartiert

Die Existenz von „Blauem“ Phosphor war bis vor kurzem reine Theorie: Nun konnte ein HZB-Team erstmals Proben aus blauem Phosphor an BESSY II untersuchen und über ihre elektronische Bandstruktur bestätigen, dass es sich dabei tatsächlich um diese exotische Phosphor-Modifikation handelt. Blauer Phosphor ist ein interessanter Kandidat für neue optoelektronische Bauelemente.

Das Element Phosphor tritt in vielerlei Gestalt auf und wechselt mit jeder neuen Modifikation auch den Katalog seiner Eigenschaften. Bisher bekannt waren...

Im Focus: Chemiker der Universitäten Rostock und Yale zeigen erstmals Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen

Die Forschungskooperation zwischen der Universität Yale und der Universität Rostock hat neue wissenschaftliche Ergebnisse hervorgebracht. In der renommierten Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten die Wissenschaftler über eine Dreierkette aus Ionen gleicher Ladung, die durch sogenannte Wasserstoffbrücken zusammengehalten werden. Damit zeigen die Forscher zum ersten Mal eine Dreierkette aus gleichgeladenen Ionen, die sich im Grunde abstoßen.

Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Professoren Mark Johnson, einem weltbekannten Cluster-Forscher, und Ralf Ludwig aus der Physikalischen Chemie der...

Im Focus: Storage & Transport of highly volatile Gases made safer & cheaper by the use of “Kinetic Trapping"

Augsburg chemists present a new technology for compressing, storing and transporting highly volatile gases in porous frameworks/New prospects for gas-powered vehicles

Storage of highly volatile gases has always been a major technological challenge, not least for use in the automotive sector, for, for example, methane or...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Jenaer Lasertagung

16.10.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2018

16.10.2018 | Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz in der Medizin

16.10.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Fehlerzustände frühzeitig erkennen dank innovativer akustischer Verfahren zur Qualitätsprüfung

18.10.2018 | Verfahrenstechnologie

Pflanzen stoßen das Treibhausgas Lachgas in klimarelevanten Mengen aus

18.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sinneswahrnehmung ist keine Einbahnstraße

17.10.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics