Die unter dem Eis der Antarktis installierte Neutrino-Observatorium IceCube hat das erste große Update seit 2010 durchlaufen. Wie RBC-Ukraine unter Berufung auf das offizielle IceCube Neutrino Observatory berichtet, wurden im Rahmen der Modernisierung Hunderte hochsensitiver Lichtsensoren zur bestehenden Infrastruktur hinzugefügt, wobei die Gesamtkosten der Arbeiten 53 Millionen Dollar betrugen. Nach den Vorstellungen der Wissenschaftler wird der Upgrade die Genauigkeit der Neutrino-Registrierung erheblich steigern und eine detaillierte Untersuchung einiger der energiereichsten Prozesse im Universum ermöglichen – Supernova-Explosionen, Verschmelzungen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen sowie den Ursprung kosmischer Strahlen extrem hoher Energien.
Wie Eis zu einem gigantischen Detektor wird
Neutrinos entstehen bei Kernreaktionen und dem Zerfall von Teilchen im gesamten Kosmos. Diese Teilchen haben praktisch keine Masse, tragen keine elektrische Ladung und wechselwirken äußerst selten mit gewöhnlicher Materie, weshalb sie sich nicht direkt „fangen“ lassen. IceCube löst das Problem anders: Es erfasst die seltenen Ergebnisse von Kollisionen von Neutrinos mit Eisatomen, die Lichtblitze erzeugen. Das natürliche Eis enthält jedoch Staub und Kristalle, die Lichtstrahlen streuen und brechen und die Messgenauigkeit verringern. Um diesen Effekt auszugleichen, installierten die Forscher Hunderte neue Sensoren, deren Empfindlichkeit 2–3 Mal höher ist als die des vorherigen Gerätegeneration.
Kalibrierung des Eises und Neubewertung des 15-jährigen Archivs
Neben den Detektoren wurden im Rahmen des Updates neue Kalibrierungsgeräte aufgestellt. Ihre Aufgabe besteht darin, die optischen Eigenschaften des Eises unmittelbar um das Observatorium herum genauer zu messen. Dies ist besonders wichtig, da die Eismedium ungleichmäßig ist und sich mit der Zeit verändert. Dank der neuen Kalibrierung werden die Wissenschaftler in der Lage sein, das über 15 Jahre Beobachtungen angesammelte Datenarchiv neu zu bewerten, was faktisch einen Teil der bereits gesammelten Messungen unter Berücksichtigung der verbesserten Umgebungsparameter „nachrechnet“.
Was dies den Astronomen eröffnen wird
Die Verfolgung der Richtung und Energie der Neutrinos ermöglicht es, die Quellen starker kosmischer Explosionen zu bestimmen. Im Fall von Verschmelzungen von Schwarzen Löchern und Neutronensternen wird die Kombination von Neutrino-Daten mit Gravitationswellen die Mechanismen der Teilchenbeschleunigung während solcher Katastrophen aufdecken. Supernova-Explosionen in Galaxien sind interessant, weil Neutrinos nahezu sofort aus dem Inneren eines sterbenden Sterns austreten, während das Licht in Gas und Staub verzögert wird: Die Detektion eines Neutrino-Ausbruchs wird für die Astronomen eine Frühwarnung sein, die es ermöglicht, optische Teleskope noch vor dem Auftreten des ersten sichtbaren Lichts auf das Objekt zu richten. Der Nachweis von Neutrinos aus Gammablitzern wird seinerseits die ersten direkten Beweise dafür liefern, dass genau diese Explosionen die Quelle kosmischer Strahlen extrem hoher Energien sind.
Kontext paralleler Forschungen
Es ist zu beachten, dass in offenen Quellen parallel auch andere Ergebnisse der Arbeit von IceCube diskutiert werden – insbesondere jahrzehntelange Suchen nach Dunkler Materie und Berichte über Radiowellen, die die Dicke von Eis und Felsgestein durchdrungen haben. Diese Richtungen sind kein Teil des beschriebenen Detektor-Updates und widersprechen ihm nicht: Sie spiegeln das breite Forschungsprogramm des Observatoriums wider, im Rahmen dessen der Neutrino-Teleskop gleichzeitig für mehrere große Aufgaben der modernen Physik als Instrument dient.
