Neutrinoastronomie

Himmelskarte aus fünf Jahren Fermi-Daten mit der Position des Blazars TXS 0506+056. Beschriftung englisch.Foto: Nealmcb, Public domain, Wikimedia Commons

Die Neutrinoastronomie betrachtet den Himmel nicht mit Licht, sondern mit Neutrinos. Sie ist der jüngste Zweig der Astronomie und der einzige, der in das Innere von Sternen und in die Kerne ferner Galaxien hineinsehen kann.

Warum ein neuer Bote nötig war

Die Astronomie hat jahrtausendelang mit einem einzigen Boten gearbeitet: dem Licht. Später kamen Radiowellen, Röntgen- und Gammastrahlung hinzu — alles Formen desselben elektromagnetischen Feldes.

Dieser Bote hat zwei Schwächen. Er wird von Staub verschluckt und von Gas gestreut, kommt also aus dichten Regionen nicht heraus. Und er sagt nichts über das Innere eines Sterns, weil die Energie von dort zehntausende Jahre bis zur Oberfläche braucht.

Die geladene kosmische Strahlung hilft nicht weiter: Magnetfelder lenken sie ab, sodass ihre Ankunftsrichtung nichts über ihren Ursprung verrät.

Neutrinos haben beide Schwächen nicht. Sie fliegen geradeaus, weil sie keine Ladung tragen, und werden nicht aufgehalten, weil sie kaum wechselwirken. Ein Neutrino, das aus einem Galaxienkern kommt, zeigt genau dorthin zurück.

Die Sonne

Seit dem Homestake-Experiment wird die Sonne mit Neutrinos beobachtet. Borexino hat ihre Fusionsreaktionen einzeln vermessen und dabei 2020 den CNO-Zyklus nachgewiesen — einen Vorgang, den Hans Bethe 1939 berechnet hatte und den bis dahin niemand gesehen hatte.

Genau genommen ist das die einzige Astronomie, die ins Innere eines Sterns blickt.

SN 1987A

Am 23. Februar 1987 registrierten drei Detektoren innerhalb von Sekunden insgesamt 24 Neutrinos aus einer Supernova in der Großen Magellanschen Wolke.

Der entscheidende Umstand: Sie trafen Stunden vor dem Licht ein. Die Neutrinos entkommen dem kollabierenden Sternkern sofort; das Licht muss sich erst durch die äußeren Hüllen arbeiten.

Damit war nicht nur ein neues Beobachtungsfeld eröffnet, sondern auch das Modell vom Kernkollaps bestätigt. Näheres auf der Seite zu SN 1987A.

Der Sprung ins ferne Weltall

2013 meldete IceCube die ersten Neutrinos mit Energien im Petaelektronenvolt-Bereich. Ihre Verteilung am Himmel zeigte, dass sie von außerhalb unserer Galaxie stammen müssen.

Damit war belegt, dass es im Weltall Beschleuniger gibt, die Teilchen auf Energien bringen, von denen irdische Anlagen um viele Größenordnungen entfernt sind. Was diese Beschleuniger sind, war offen.

Der Durchbruch von 2017

Am 22. September 2017 registrierte IceCube ein hochenergetisches Neutrino und gab binnen Minuten eine automatische Warnung an Observatorien weltweit aus.

Teleskope richteten sich auf die Stelle und fanden dort einen Blazar — den aktiven Kern einer fernen Galaxie mit der Bezeichnung TXS 0506+056, der gerade in einem Ausbruch war.

Zum ersten Mal ließ sich ein einzelnes kosmisches Neutrino einer benannten Quelle zuordnen. Der Vorgang gilt als Musterbeispiel für Multi-Messenger-Astronomie: Ein Bote meldet ein Ereignis, andere Boten bestätigen es und liefern ergänzende Beobachtungen.

Entscheidend war dabei nicht nur die Physik, sondern die Organisation — ein weltweites Warnnetz, das schnell genug reagiert, um einen Ausbruch noch zu erwischen.

Die eigene Galaxie

2023 gelang IceCube aus zehn Jahren Daten eine Karte der Milchstraße in Neutrinos. Auf ihr leuchtet die galaktische Scheibe — dieselbe Struktur, die man am Nachthimmel als Milchstraße sieht, nur gezeichnet mit Teilchen statt mit Licht.

Der Stand

IceCube am Südpol und KM3NeT im Mittelmeer beobachten gemeinsam den gesamten Himmel. 2025 meldete KM3NeT ein Ereignis von etwa 220 Petaelektronenvolt, das energiereichste je beobachtete Neutrino.

Was fehlt, ist Statistik. Die Zahl der nachgewiesenen kosmischen Neutrinos liegt bislang im niedrigen dreistelligen Bereich — die optische Astronomie arbeitet mit Milliarden Objekten. Die nächste Generation von Detektoren soll das ändern.

Quellen

IceCube-Kollaboration u. a.: Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science 361, eaat1378 (2018).
IceCube-Kollaboration: Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane, Science 380, 1338 (2023).