Neutrino aus ferner Galaxie

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Starke Indizien deuten auf den Blazar

Diese Ergebnisse liefern starke Indizien, dass das Neutrino tatsächlich dem Blazar entstammt. TXS 0506+056 ist ein etwa 4,5 Milliarden Lichtjahre entfernter aktiver galaktischer Kern. In seinem Zentrum befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch, das den Blazar zu einem wahren Energiepaket macht: Mit nahezu Lichtgeschwindigkeit schleudert er Jets aus Teilchen und energiereicher Strahlung ins All. Die Jets sind dabei auf die Erde gerichtet.

Eine heiße Spur zur kosmischen Strahlung

Neutrinos entstehen bei Reaktionen, an denen Protonen beteiligt sind. Daher helfen die aktuellen Beobachtungen auch dabei, ein Jahrhundert-Rätsel zu lösen: Wo entsteht die kosmische Strahlung? Die 1912 vom Physiker Victor Hess entdeckte Strahlung besteht größtenteils aus energiereichen Protonen. „Das kosmische, energiereiche Neutrino zeigt uns, dass der Blazar Protonen auf höchste Energie beschleunigt. Damit könnten wir tatsächlich eine Quelle für kosmische Strahlung gefunden haben“, erklärt Elisa Bernardini, Wissenschaftlerin am DESY in Zeuthen.

Es gibt einen wichtigen Grund, warum die Quellen für kosmische Strahlung bisher unentdeckt blieben. „Da die positiv geladenen Protonen von den Magnetfeldern im Kosmos abgelenkt werden, bewegen sie sich nicht geradlinig“, so Bernardini. „Wir können also nicht erkennen, aus welcher Richtung sie kommen.“ Im Gegensatz dazu sind Neutrinos und Photonen, also auch Gammastrahlen, ungeladen und erreichen uns ohne Umwege. Ihr Entstehungsort lässt daher eindeutig bestimmen – sie legen damit eine Spur zur kosmischen Strahlung.

Wie kommen Protonen auf Touren?

Auch wenn sich der Nebel um die Herkunft der kosmischen Strahlung gelichtet hat – die Blazare selbst liefern noch einigen Stoff für offene Fragen. „Wir versuchen zu verstehen, wo und wie die Protonen auf höchste Energien gebracht werden, um energiereiche Neutrinos und Protonen zu erzeugen“, erläutert Mirzoyan. Eine Folgestudie von MAGIC zeigt Antworten auf.

In den Wochen nach der ersten Neutrino-Meldung waren die MAGIC-Teleskope insgesamt 41 Stunden auf den aktiven Blazar gerichtet. Aus den Beobachtungsdaten lässt sich schließen, dass die Protonen-Wechselwirkungen im Jet des Blazars stattfinden. „Außerdem bestätigen die Resultate, dass neben den Neutrinos ein Teil der Gammastrahlen von energiereichen Protonen produziert wird – und nicht von anderen Teilcheninteraktionen. „Damit können wir zum ersten Mal nachweisen, dass Neutrinos und Gammastrahlen von den gleichen Protoneneltern stammen,“ ergänzt Mirzoyan.

Im Spektrum der hochenergetischen Gammastrahlen von TXS 0506+56 erkannten die Wissenschaftler eine klare Signatur: „In einem bestimmten Energiebereich sehen wir einen Verlust von Photonen. Diese Teilchen müssen also absorbiert worden sein“, erläutert Bernardini. „Dieser ‚Fingerabdruck‘ deutet auch darauf hin, dass das IceCube-Neutrino bei Proton-Photon-Reaktionen in den Jets des Blazars entstanden sein könnte.“ Mirzoyan: „Dieses Ergebnis spricht für ein Zusammenspiel der beiden Teilchenbotschafter – Neutrinos und Gammastrahlen. Dabei liefern die Gammastrahlen Informationen, wie die ‚Kraftwerke‘ in supermassereichen Schwarzen Löchern arbeiten: Also, wie der extrem energiereiche Output zustande kommt und welche teilchenphysikalischen Prozesse dabei eine Rolle spielen.“

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