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„Geisterteilchen“: Radioteleskope könnten Ursprung von Neutrinos aufdecken
Woher die besonders energiereichen Neutrinos aus dem All stammen, ist noch weitgehend offen. Ein Vergleich von Radiobeobachtungen mit Messungen des Südpol-Detektors IceCube zeigt nun, dass aufflammende Radioquellen etwas häufiger mit Neutrinoereignissen zusammenfallen als zufällig zu erwarten wäre. Der statistische Hinweis ist allerdings schwach und belegt noch keine einzelnen Teilchenquellen.
Madison (U.S.A.). Neutrinos durchdringen selbst dichte Materie fast ungehindert. Gerade deshalb können diese nahezu masselosen Teilchen Informationen aus Regionen transportieren, aus denen kaum Licht nach außen gelangt. Ihr Ursprung bleibt dennoch schwer zu bestimmen, weil die seltenen Wechselwirkungen nur wenige Hinweise auf die Richtung liefern.
Am Südpol registriert IceCube kurze Lichtblitze, die entstehen, wenn energiereiche Neutrinos mit dem antarktischen Eis wechselwirken. Für einige dieser Teilchen wurden bereits aktive Galaxienkerne als mögliche Quellen identifiziert. Unklar ist aber, ob solche Objekte auch einen größeren Anteil der kosmischen Neutrinos erzeugen und woran sie sich erkennen lassen.
Forscher der University of Wisconsin–Madison (UW–Madison) um Dr. Yjan A. Gordon haben Daten der groß angelegten Radiodurchmusterung Very Large Array Sky Survey (VLASS) mit dem Neutrinokatalog IceCat-1 verglichen. Dieser enthält 348 von IceCube registrierte Ereignisse, während die Radioaufnahmen aus zwei Beobachtungsdurchgängen zwischen 2017 und 2022 stammen. Untersucht wurde, ob Veränderungen der Radiohelligkeit mit Ort und Zeitpunkt eines Neutrinoereignisses zusammenpassen.
Aus 1.928 auffällig veränderlichen Radioquellen wählte das Team 1.093 Objekte aus, deren Strahlung zwischen beiden Messungen heller geworden war. Solche Ausbrüche sind unter anderem für aktive Galaxienkerne charakteristisch, in denen Materie in der Umgebung riesiger Schwarzer Löcher beschleunigt wird. Die Auswahl erfasst zudem deutlich schwächere Radioquellen als viele frühere Beobachtungsprogramme.
Weil sich eine Radioaufhellung erst nach dem Neutrinoereignis zeigen könnte, berücksichtigte die Analyse unterschiedliche zeitliche Verschiebungen. Zum Vergleich verteilte das Team die Radioquellen in 1.000 Simulationen zufällig am Himmel und ermittelte so die erwartete Zahl bloßer Übereinstimmungen.
Bei einer angenommenen zeitlichen Verschiebung von 150 Tagen ergaben sich 65 räumlich und zeitlich passende Zuordnungen zwischen Radioausbrüchen und Neutrinos. Rein zufällig wären bei diesem Test etwa 50 solcher Treffer zu erwarten gewesen. Auch benachbarte Zeitfenster lieferten einen Überschuss, der im stärksten Fall einer statistischen Signifikanz von etwas mehr als zwei Sigma entspricht.
Das ist ein Hinweis, aber kein belastbarer Nachweis dafür, dass die betreffenden Radioquellen tatsächlich Neutrinos erzeugten. Die Zeitfenster überschneiden sich zudem und können nicht als unabhängige Bestätigungen gelten. Ohne Berücksichtigung des Zeitpunkts fanden sich 446 räumliche Übereinstimmungen, praktisch genauso viele wie die 445 im Zufallsvergleich erwarteten Treffer.
Sollte der beobachtete Zusammenhang echt und für die untersuchte Population repräsentativ sein, könnten solche Radioausbrüche mit rund 13 Prozent der von IceCube erfassten astrophysikalischen Neutrinos zusammenhängen. Die Schätzung ist mit einer Unsicherheit von etwa zehn Prozentpunkten behaftet und beruht auf lediglich vier Neutrinoereignissen mehr als zufällig erwartet.
Besonders auffällig ist, dass von 77 Radioquellen aus den Zeitfenstern mit dem stärksten statistischen Signal nur drei auch in Gammastrahlung und sieben in Röntgenstrahlung nachgewiesen wurden. Rund 90 Prozent der Kandidaten bleiben bei diesen energiereichen Wellenlängen unsichtbar. Eine Erklärung wäre, dass die energiereiche Strahlung in dichtem Gas abgeschirmt wird, während Radiowellen entkommen.