{"id":22382,"date":"2014-11-14T08:30:46","date_gmt":"2014-11-14T07:30:46","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/11\/14\/sternengeschichten-folge-103-neutrinoastronomie\/"},"modified":"2025-05-14T16:15:44","modified_gmt":"2025-05-14T14:15:44","slug":"sternengeschichten-folge-103-neutrinoastronomie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/11\/14\/sternengeschichten-folge-103-neutrinoastronomie\/","title":{"rendered":"Sternengeschichten Folge 103: Neutrinoastronomie"},"content":{"rendered":"<p>Den Himmel kann man nicht nur mit Licht beobachten. Seit vielen Jahren schon benutzen Astronomen die geisterhaften, fl\u00fcchtigen Neutrinos, um mehr \u00fcber andere Sterne und Galaxien herauszufinden. Diese Teilchen gibt es \u00fcberall &#8211; aber sie sind enorm schwer zu registrieren. Aber der Versuch lohnt sich, denn langsam entsteht so eine v\u00f6llig neue Art der Astronomie.<\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Sternengeschichten-Cover.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-8053\" alt=\"Sternengeschichten-Cover\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/Sternengeschichten-Cover.jpg\" width=\"298\" height=\"300\" \/><\/a><\/p>\n<p>Die Folge k\u00f6nnt ihr euch hier direkt als <a href=\"https:\/\/youtu.be\/R1_IBVs6cRM\">YouTube-Video<\/a> ansehen oder <a href=\"https:\/\/sternengeschichten.podspot.de\/files\/103-SternengeschichtenFolge103%281%29.mp3\">direkt runterladen<\/a>.<\/p>\n<p>Den Podcast k\u00f6nnt ihr unter<\/p>\n<p><center><a href=\"https:\/\/feeds.feedburner.com\/sternengeschichten\">https:\/\/feeds.feedburner.com\/sternengeschichten<\/a><\/center>abonnieren beziehungsweise auch bei <a href=\"https:\/\/bitlove.org\/astrodicticum\">Bitlove<\/a> via Torrent beziehen.<\/p>\n<p>Am einfachsten ist es, wenn ihr euch <a href=\"https:\/\/play.google.com\/store\/apps\/details?id=de.danoeh.antennapodsp.sternengeschichten\">die &#8222;Sternengeschichten-App&#8220; f\u00fcrs Handy<\/a> runterladet und den Podcast damit anh\u00f6rt.<\/p>\n<p>Die Sternengeschichten gibts nat\u00fcrlich auch bei iTunes (wo ich mich immer \u00fcber Rezensionen und Bewertungen freue) und alle Infos und Links zu den vergangenen Folgen findet ihr unter <a href=\"https:\/\/www.sternengeschichten.org\">https:\/\/www.sternengeschichten.org<\/a>.<\/p>\n<p><center><br \/>\n<iframe loading=\"lazy\" src=\"\/\/www.youtube.com\/embed\/R1_IBVs6cRM\" height=\"315\" width=\"420\" allowfullscreen=\"\" frameborder=\"0\"><\/iframe><\/center><\/p>\n<p><b>Transkription<\/b><\/p>\n<p>Sternengeschichten Folge 103<\/p>\n<p>In der letzten Folge der Sternengeschichten habe ich \u00fcber die Gravitationswellenastronomie gesprochen. Sie stellt eine M\u00f6glichkeit dar, wie Astronomen den Himmel beobachten k\u00f6nnen, ohne dabei &#8211; wie sonst &#8211; Licht oder andere Formen der elektromagnetische zu benutzen. So eine &#8222;Lichtlose&#8220; Astronomie w\u00fcrde viele neue M\u00f6glichkeiten bieten, Dinge zu untersuchen, die man sonst nie untersuchen w\u00fcrde k\u00f6nnen. Bis heute ist allerdings ein  direkter Nachweis von Gravitationswellen nicht gelungen, auch wenn es jede Menge indirekte Belege f\u00fcr ihre Exisenz gibt. Aber solange man sie mit ensprechenden Ger\u00e4ten nicht direkt nachweisen kann, bleibt auch die Gravitationswellenastronomie nur hypothetisch.<\/p>\n<figure id=\"attachment_10900\" aria-describedby=\"caption-attachment-10900\" style=\"width: 500px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/FirstNeutrinoEventAnnotated.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/FirstNeutrinoEventAnnotated.jpg\" alt=\"Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)\" width=\"500\" height=\"374\" class=\"size-medium wp-image-10900\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-10900\" class=\"wp-caption-text\">Das erste Neutrino wurde in einer Blasenkammer entdeckt (Bild: Argonne National Laboratory)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Eine andere Form der &#8222;alternativen&#8220; Astronomie ohne Licht existiert allerdings schon ansatzweise. Sie basiert auf der Beobachtung von Neutrinos.<\/p>\n<p>EIn Neutrino ist ein Elementarteilchen. Als man in der ersten H\u00e4lfte des letzten Jahrhunderts langsam begann, den Inneren  Aufbau des Atoms besser zu verstehen  und verschiedene Arten der Radioaktivit\u00e4t erforschte, stellte man etwas seltsames fest. Beim sogenannten  &#8222;Beta-Minus-Zerfall&#8220; schienen die beteiligten Teilchen vor dem Zerfall mehr Energie zu haben als die Zerfallsprodukte danach. Und das ist tats\u00e4chlich seltsam &#8211; denn eigentlich m\u00fcsste ja der Energieerhaltungssatz gelten. Die Energie vorher muss genau so gro\u00df sein wie danach. Um dieses Problem zu l\u00f6sen schlug 1930 der Physiker Wolfang Pauli die Existenz eines noch unentdeckten neuen Teilchens vor.<\/p>\n<p>Dieses Teilchen sollte ebenfalls beim radioaktiven Zerfall produziert werden, eine gewisse Energie haben  und da man von seiner Existenz nichts wusste und man es nicht registrieren konnte, schien beim Zerfall eben genau diese Energie am Ende zu fehlen. Das fl\u00fcchtige Teilche bekam den Namen &#8222;Neutrino&#8220;. Es sollte elektrisch nicht geladen sein und musste eine sehr geringe Masse haben.<\/p>\n<p>Und Pauli war sich auch sicher, dass seine Existenz sehr schwer nachweisbar w\u00e4re &#8211; und hatte damit vollkommen recht. So ein Neutrino unterliegt so gut wie gar nicht der elektromagnetischen Kraft. Diese Kraft aber ist es, die f\u00fcr so gut wie alle Ph\u00e4nomene in unserem Alltag verantwortlich ist. Wenn wir zum Beispiel durch die Gegend laufen und den festen Boden unter unseren F\u00fc\u00dfen sp\u00fcren, dann sp\u00fcren wir eigentlich die elektromagentische Absto\u00dfungskraft zwischen den \u00e4u\u00dfersten Atomen der Materie unserer F\u00fc\u00dfe und den \u00e4u\u00dfersten Atomen der Materie des Bodens. Licht selbst ist eine elektromagnetische Welle und wenn wir Dinge sehen k\u00f6nnen, dann liegt das daran, dass ihre Materie mit diesen Wellen wechselwirken kann. Das Licht wird von den Atomen abgelenkt, reflektiert oder absorbiert. Materie aber, die nicht der elektromagnetischen Kraft unterliegt, ist f\u00fcr uns unsichtbar. Und auch unsp\u00fcrbar. <\/p>\n<p>Ein Neutrino k\u00f6nnte mitten durch unseren K\u00f6rper fliegen, ohne das wir davon etwas sp\u00fcren oder sehen. Diese Teilchen unterliegen nur der schwachen Wechselwirkung (eine andere der 4 Grundkr\u00e4fte der Natur, die ich in Folge 46 der Sternengeschichten schon erkl\u00e4rt habe) und das macht ihren Nachweis enorm schwierig. Er ist erst im Jahr 1956 gelungen. Trifft ein Neutrino auf ein normales Proton, dann entstehen bei dieser Kollision durch die schwache Wechselwirkung ein Neutron und ein Positron. Protonen und Neutronen sind die beiden  Bauststeine, aus denen normale Atomkerne bestehen. Die kann man also leicht untersuchen. Positronen sind die Antiteilchen der Elektronen, also Antimaterie. Und auch Elektronen  sind Teil der ganz normalen Materie und \u00fcberall zu finden. Hat ein Neutrino also ein Proton in ein Neutron und ein Positron umgewandelt, dann trifft das neu geschaffene Positron schnell auf ein Elektron, beide vernichten sich gegenseitig und es entsteht Energie. Das Neutron kann von einem anderen Atomkern eingefangen  werden und auch dabei wird Energie frei. Die Art und Menge der Energie die bei diesen beiden Prozessen entsteht ist ganz charakteristisch und kann man beide Ereignisse gleichzeitig beobachten, dann ist das ein eindeutiger Hinweis, dass zuvor ein Neutrino auf ein Proton getroffen sein muss.<\/p>\n<p>AUf diese Weise ist es 1956 dden Wissenschaftlern Clyed Cowan und Frederick Reines gelungen, die Existenz der Neutrinos nachzuweisen und seitdem werden sie von den Forschern intensiv untersucht. Lange Zeit war zum Beispiel nicht klar, ob Neutrinos eine Masse haben. Heute wei\u00df man, dass sie NICHT masselos sind, aber ihre Masse ist so enorm gering, dass man sie immer noch nicht genau messen konnte. AU\u00dferdem gibt es drei verschiedene Arten von Neutrinos, die sich noch dazu ineinandern umwandeln k\u00f6nnen, was ihre Untersuchung weiter verkompliziert. <\/p>\n<p>Bei den Kernreaktionen im Inneren der Sonne entstehen zum Beispiel jede Menge Neutrinos die genau wie Sonnenlicht und Energie hinaus ins All strahlen. Als man anfing, diese Sonnenneutrinos in Detektoren nachzuweisen, hat man gemerkt, dass viel zu wenig ankommen. Man hatte mehr erwartet &#8211; aber damals eben noch nicht gewusst, dass es drei Neutrinoarten gibt, und ein Neutrino der einen Art sich immer wieder mal in ein Neutrino einer anderen Art umwandeln kann. Und da die Detektoren nur darauf ausgerichtet waren, eine ganz bestimmte Art zu registrieren, hat man viel verpasst.<\/p>\n<p>Neutrinodetektoren sind aber an sich schon ziemlich komplizierte Ger\u00e4te. Da Neutrinos eben so enorm  selten mit normaler Materie wechselwirken, braucht man sehr, sehr viel normale Materie im Detektor,  um die Chance zu erh\u00f6hen, dass zumindest ein paar Wechselwirkungen dabei  sind, die man nachweisen kann. Eine Methode die dabei verwendet wird, nutzt gro\u00dfe Mengen an Wasser oder Eis. Hauptsache die Materie ist durchsichtig, denn darauf kommt es an. Wenn ein Neutrino doch mal auf ein Teilchen der normalen Materie trifft, dann kann es bei dieser Wechselwirkung zum Beispiel ein Elektron erzeugen. Das bewegt sich dann enorm schnell; schneller als die lokale Lichtgeschwindigkeit. <\/p>\n<p>Denn Licht erreicht ja nur im absoluten Vakuum seine H\u00f6chstgeschwindigkeit von 299.792,458 Kilometer pro Sekunde . Bewegt es sich durch Materia, also zum Beispiel durch Luft oder Wasser, dann ist es ein bisschen langsamer. Und sehr schnelle Teilchen wie eben die von den Neutrinos erzeugten Elektronen k\u00f6nnen das Licht bei der Bewegung durch die Materie \u00fcberholen. Dabei entsteht eine Art &#8222;Optische Schockwelle&#8220;; so etwas \u00e4hnliches wie der \u00dcberschnallknall, der zu h\u00f6ren ist, wenn man die Schallgeschwindigkeit \u00fcberschreitet. Bewegt sich ein Teilchen schneller als Licht, dann knallt es zwar nicht, aber es gibt einen charakteristischen Lichtblitz, die sogenannte Cherenkov-Strahlung. Und die kann man nachweisen. So ein Neutrinodetektor besteht also aus gigantischen Tanks voll mit Wasser und Ger\u00e4ten, die noch die kleinsten Lichtblitze registrieren. <\/p>\n<p>Diese Detektoren kann man aber nicht einfach irgendwo in die Gegend stellen. Es macht ja auch keinen Sinn, wenn man ein Teleskop direkt unter die Fluchtlichtstrahler in einem Fu\u00dfballstadion stellt. Das ganze Licht der Strahler w\u00fcrde das schwache Licht der Sterne \u00fcberstrahlen  und man w\u00fcrde nicht sehen, was man m\u00f6chte. Genauso gibt es \u00fcberall st\u00f6rende &#8222;Hintergrundneutrinos&#8220;; also Neutrinos die bei allen m\u00f6glichen Prozessen erzeugt werden, die einen nicht interessieren wenn man zum Beispiel die Neutrinos von der Sonne beobachten will. Man muss sich vor diesen st\u00f6renden Neutrinos abschirmen und m\u00f6glichst viel Materie zwischen sie und den Detektor bringen. Deswegen findet man die Neutrinodetekoren meistens tief im Untergrund; in alten Minensch\u00e4chten zum Beispiel.<\/p>\n<p>Das blockiert nat\u00fcrlich nicht alle Neutrinos ab denn die lassen sich von  normaler Materie ja kaum aufhalten. Aber zumindest wird das &#8222;Neutrinorauschen&#8220;, das aus allen Richtungen auf den Detektor einprasselt, ein wenig reduziert und man kann  sich besser auf das wesentliche konzentrieren. <\/p>\n<p>Zum Beispiel  die Beobachtung des Himmels. Die Neutrino-Astronomie ist im Vergleich zur normalen Astronomie noch nicht recht weit fortgeschritten. Wie gesagt: Es ist enorm  schwierig, die Neutrinos nachzuweisen. Bis jetzt hat man das &#8222;Neutrinolicht&#8220; erst bei zwei Himmelsobjekten zweifelsfrei nachweisen k\u00f6nnen.<\/p>\n<p>Eines davon ist nat\u00fcrlich unsere Sonne. Bei den Kernreaktionen in ihrem Inneren, wo Wasserstoff zu Helium fusioniert wird, entstehen auch Unmengen an Neutrinos. Da sie mit dem Rest der normalen Materie kaum wechselwirken, verlassen sie den Kern der Sonne sofort. Die Lichtteilchen dagegen sto\u00dfen andauernd gegen Teilchen der Sonnenmaterie und brauchen im Durchschnitt hunderttausend Jahre, um die Oberfl\u00e4che zu erreichen. Die Neutrinos dagegen gehen glatt durch und sie liefern wichtige Informationen dar\u00fcber, WELCHE Kernreaktionen im Detail ablaufen.<\/p>\n<p>Es gibt verschiedene M\u00f6glichkeiten, wie die Sonne aus Wasserstoff Helium und Energie machen kann. Welche davon tats\u00e4chlich stattfinden wissen wir erst, seit wir in den 1960er Jahren die ersten Neutrinos von der Sonne detektieren und untersuchen konnten.<\/p>\n<p>Die zweite spektakul\u00e4re Neutrinobeobachtung fand 1987 statt. Am 23. Februar 1987 tauchte pl\u00f6tzlich ein neuer Stern am Himmel auf. Er befand sich in unserer Nachbargalaxie, der gro\u00dfen Magellanschen Wolke. Dort musste ein alter, gro\u00dfer Stern sein Leben beendet haben und es gab eine riesige Supernova-Explosion. AN sich ist eine Supernova nichts besonders. Sowas passiert dauernd im Universum und man hat auch schon viele beobachtet. Aber noch nie hatte die moderne Astronmie die Gelegenheit, eine zu beobachten, die so nahe war wie die von 1987. Es war also ein gro\u00dfes Ereignis. Noch interessanter aber war: zwei bis drei Stunden VOR der Beobachtung der Supernova hatten drei Neutrinodetektoren tief unter der Erde einen Anstieg der Neutrinodetektionen gemeldet. <\/p>\n<p>Auch bei einer Supernova-Explosion werden viele Neutrinos erzeugt. Und so wie in der Sonne sind auch hier die Neutrinos wieder schneller als die Strahlung, die andauernd von Materieteilchen abgelenkt wird und daher einen Umweg nimmt, bevor sie das Innere des sterbenden Sterns und die ihn umgebenden Gaswolken verlassen kann. Die Neutrinos, die bei der Supernova erzeugt wurden waren also schon auf der Erde angekommen, als das Licht der Explosion noch unterwegs war.<\/p>\n<p>1987 war im  Prinzip der Beginn der ersten echten Neutrinoastronomie. Wir haben Neutrinos registriert, die von einem fernen Himmelsk\u00f6rper stammen und daraus viel dar\u00fcber gelernt, was dort vor sich geht. Da Neutrinos eben nicht von normaler Materie aufgehalten werden, bieten sie einen einmaligen Blick in das Innere von Sternen und Galaxien. Aus der Beobachtung der Neutrinos lernen wir, welche Kernreaktionen im Inneren anderer Sterne stattfinden oder was zum Beispiel genau in den Zentren aktiver Galaxien (der Quasare aus Folge 52 der Sternengeschichten) passiert. Zumindest k\u00f6nnten wir es lernen, wenn die DInger nicht so enorm schwer nachzuweisen w\u00e4ren!<\/p>\n<figure id=\"attachment_16760\" aria-describedby=\"caption-attachment-16760\" style=\"width: 500px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><a href=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/IceCube_drill_camp_2009-scaled.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/wp-content\/uploads\/2025\/05\/IceCube_drill_camp_2009-scaled.jpg\" alt=\"Wir bauen einen Astronomie-Eisw\u00fcrfel! Bohrarbeiten zu IceCube in der Antarktis (Bild: Amble, CC-BY-SA 3.0)\" width=\"500\" height=\"132\" class=\"size-medium wp-image-16760\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-16760\" class=\"wp-caption-text\">Wir bauen einen Astronomie-Eisw\u00fcrfel! Bohrarbeiten zu IceCube in der Antarktis (<a href=\"https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:IceCube_drill_camp_2009.jpg\">Bild:<\/a> Amble, <a href=\"https:\/\/creativecommons.org\/licenses\/by-sa\/3.0\/deed.en\">CC-BY-SA 3.0<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n<p>Aber unsere Detektoren werden immer besser. Seit 2010 befindet sich eines der gr\u00f6\u00dften Neutrinoobservatorien in der Antarktis. Wissenschaftler haben  dort einen Eisw\u00fcrfel mit einer Kantenl\u00e4nge von einem Kilometer eineinhalb Kilometer tief unter der Oberfl\u00e4che mit mehr als 5000 Sensoren ausgestattet. Wenn Neutrinos auf das Eis treffen, kann Cherenkovstrahlung entstehen die von den Sensoren durch das klare Eiss beobachtet wird. Die Anlange hat schon einige Neutrinos detektiert  und funktioniert, so wie sie soll. Unter den bisher nachgewiesen Teilchen sind nicht nur welche von der Sonne, sondern auch  Neutrinos, die von au\u00dferhalb des Sonnensystems stammen. Einige von ihnen haben so hohe Energien, dass sie nur bei enorm energiereichen  Prozessen erzeugt worden sein konnten, die zum Beispiel in der Umgebung der supermassereichen schwarzen L\u00f6cher in den Zentren ferner Galaxien stattfinden.<\/p>\n<p>Die Neutrinoastronomie hat noch einen weiten Weg vor sich. Aber sie ist heute schon Realit\u00e4t. Es mag zwar auf den ersten Blick wenig mit Astronomie zu tun haben, wenn Forscher Lichtblitze in einem unterirdischen Eisw\u00fcrfel in der Antarktis betrachten. Aber es IST Astronomie &#8211; eine v\u00f6llig neue Art der Astronomie mit der wir aber auch v\u00f6llig neue Dinge \u00fcber das Universum lernen k\u00f6nnen.<img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/vg05.met.vgwort.de\/na\/ca90e306fa3e477cb3aa75d4664e57a4\" width=\"1\" height=\"1\" alt=\"\"><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Den Himmel kann man nicht nur mit Licht beobachten. 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