Einzigartiger Detektor Hyper-Kamiokande zeigt Sterne, die lange vor der Entstehung des Sonnensystems verschwanden

In Japan neigt sich der Bau des Neutrino-Teleskops der nächsten Generation Hyper-Kamiokande dem Ende zu. Der Detektor befindet sich tief unter der Erdoberfläche und ist darauf ausgelegt, extrem schwache Neutrino-Ströme aufzuspüren – Elementarteilchen, die kaum mit Materie wechselwirken und deshalb Informationen über Vorgänge aus dem frühen Universum transportieren können.

Aufbau des unterirdischen Teleskops

Das System besteht aus einem riesigen Behälter mit hochreinem Wasser sowie aus Tausenden hochempfindlichen Photodetektoren. Diese Sensoren registrieren die seltenen Lichtblitze, die entstehen, wenn Neutrinos mit Wassermolekülen interagieren. Um störende Hintergrundsignale möglichst stark zu reduzieren, wurde die Anlage in mehr als 600 Metern Tiefe unter der Erde installiert.

Hyper-Kamiokande und der Supernova-Neutrino-Hintergrund (DSNB)

Das zentrale wissenschaftliche Ziel von Hyper-Kamiokande ist der Nachweis des diffusen Supernova-Neutrino-Hintergrunds (DSNB). Dieses Neutrino-Feld entsteht durch Explosionen massereicher Sterne, die ihre Entwicklung bereits vor Milliarden von Jahren abgeschlossen haben. Weil Neutrinos Materie nahezu ungehindert durchdringen, können sie Hinweise auf Sterne liefern, die lange vor der Entstehung der Erde – und damit weit vor der Bildung des Sonnensystems – bereits verschwunden sind.

Forschende erwarten, dass Hyper-Kamiokande den DSNB erstmals direkt messen kann und damit unmittelbare Daten zur Häufigkeit von Supernova-Explosionen in der frühen Geschichte der Galaxie liefert. Auf dieser Grundlage lassen sich Modelle der Sternentstehung und der Entwicklung massereicher Sterne überprüfen. Ausserdem kann die Rolle von Supernovae bei der Verteilung schwerer Elemente im Universum genauer eingegrenzt werden.

Dimensionen: der groesste Neutrino-Detektor der Welt

Eine besondere Stärke von Hyper-Kamiokande ist seine Grössenordnung: Das Reservoir fasst mehr als 250’000 Tonnen Wasser und macht die Anlage damit zum weltweit grössten Neutrino-Detektor.

Vom Start des Teleskops verspricht man sich eine neue Phase der Neutrino-Astronomie, in der sich Objekte und Prozesse untersuchen lassen, die mit klassischen Beobachtungsmethoden nicht zugänglich sind. Das soll das Bild von Ursprung und Entwicklung der Sterne erweitern und zugleich Einblicke in Abläufe in der Galaxie ermöglichen, die bereits vor der Entstehung des Sonnensystems stattgefunden haben.

Der Nachweis des DSNB mit Hyper-Kamiokande gilt als bedeutender Schritt für die Astrophysik und als Beginn einer neuen Ära der Astronomie. Erstmals könnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht nur Ausbrüche in der Nähe beobachten, sondern auch die Geschichte sämtlicher massereicher Sterne, die jemals existiert haben und vor Milliarden von Jahren untergegangen sind.