Ein explodierender Stern könnte mehrere Tage, bevor er seine maximale Helligkeit erreicht, sehr energiereiche Neutrinos zur Erde senden.
Vor bestimmten Supernovae verliert der sterbende Stern viel Materie. Dieses Gas bleibt um ihn herum und bildet eine dichte Hülle. Wenn der Kern des Sterns kollabiert, setzt die Explosion eine Schockwelle frei, die diese angesammelte Materie durchquert. In dieser Region untersuchten die Autoren die Entstehung von Neutrinos.
Künstlerische Darstellung der Materie und des Staubs, die sich um eine Supernovaexplosion bilden.
Quelle: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0.
Neutrinos sind Teilchen, die kaum mit Materie wechselwirken. Sie können einen ganzen Planeten durchqueren, ohne aufgehalten zu werden. Diese Eigenschaft macht sie schwer nachweisbar, ermöglicht es ihnen aber auch, Informationen direkt aus Regionen zu transportieren, aus denen Licht nur schwer entkommen kann.
Im von den Forschern berechneten Modell beschleunigt der Schock schließlich Protonen stark. Ihre Kollisionen mit der umgebenden Materie erzeugen daraufhin Sekundärteilchen, darunter Neutrinos. Diese können Energien zwischen 1 und 100 Teraelektronenvolt erreichen und liegen damit weit über den üblicherweise beobachteten Energien.
Der Zeitpunkt ihrer Emission ist besonders interessant. Ein beträchtlicher Teil der von den Neutrinos transportierten Energie würde zum Zeitpunkt der Explosion sehr schnell freigesetzt. Dieses Signal kann vor dem sichtbaren Helligkeitsmaximum der Supernova eintreffen. Die Teleskope würden den Stern dann noch nicht in seiner maximalen Helligkeit beobachten.
Die am selben Ort erzeugten sehr energiereichen Gammastrahlen entkommen möglicherweise nicht ebenso leicht wie die Neutrinos.
Die Autoren berechneten, dass diese Explosionen einen Teil des im Himmel beobachteten hochenergetischen Neutrinountergrunds liefern könnten. Diese Möglichkeit hängt jedoch von einer wichtigen Annahme ab: Der Materieverlust vor der Explosion muss bei massereichen Sternen ausreichend groß sein.
In der Praxis blieben einzelne Nachweise selten. Die Forscher schätzen, dass ein Detektor mit einer Fläche von etwa 1 km² ungefähr alle zwanzig Jahre mehr als ein Neutrino einer solchen Supernova registrieren könnte. Eine zehnmal größere Anlage könnte etwa ein Ereignis pro Jahr erfassen.