Kernkollaps-Supernovae: Eine Suche mit dem IceCube Neutrino-Observatorium

Abstract

Das am geografischen Südpol operierende IceCube-Neutrinoteleskop überwacht das Auftreten von schwachen Lichtpulsen mit 5160 Photovervielfachern in einem Eis-Volumen von 1$\,\mathrm{km^3}$. Durch die Neutrinowechselwirkungen mit dem Eis enstehen geladene Teilchen, welche bei der Propagation durch das Eis Tscherenkow-Licht erzeugen, das wiederum von den Lichtsensoren aufgespürt werden kann. Das Hauptziel von IceCube war der Nachweis hoch-energetischer, astrophysikalischer Neutrinos, welches im Jahre 2018 gelang. Obwohl ursprünglich für Neutrino-Energien größer als $\mathcal{O}(\mathrm{TeV})$ konzipiert, kann IceCube auch Neutrinos aus Supernova-Explosionen, die Energien in der Größenordnung $\mathcal{O}(\mathrm{MeV})$ haben, aufgrund einer kollektiven Erhöhung der Dunkelrauschrate aufspüren.\\ \\ Supernovae sind gigantische Explosionen am Ende des Lebens eines Sterns, bei welcher etwa 99$\,\%$ der gravitativen Bindungsenergie des Sterns durch Neutrinos fortgetragen wird. Sie können für kurze Zeit eine Helligkeit erreichen, die einer ganzen Galaxie gleichkommt. Doch ist eine optische Detektion nicht immer möglich, da zum Teil interstellarer Staub die Photonen abschirmt oder die Supernova vor der Explosion in ein Schwarzes Loch kollabiert. Da bislang keine im optischen Bereich unbeobachtete Supernova entdeckt wurde, wurde eine Obergrenzen auf die Rate von Supernovae in der Milchstraße wie auch den Magellanschen Wolken gesetzt. Eine erste Charakterisierung der Dunkelrauschrate im Frequenzraum wird ebenfalls vorgestellt.