Astronomie beobachtet das Universum meist über Licht oder andere elektromagnetische Strahlung. In dichten und gewaltvollen kosmischen Umgebungen kann diese Strahlung jedoch absorbiert oder verändert werden. Hochenergetische Neutrinos bieten einen zweiten Informationsweg: Sie tragen keine elektrische Ladung, fliegen nahezu geradlinig und durchqueren Materie fast ungehindert.
Genau diese Eigenschaft macht ihre Messung schwierig. Weil Neutrinos nur sehr selten mit Atomkernen zusammenstoßen, reicht ein kleiner Detektor nicht. Das Observatorium IceCube nutzt deshalb rund einen Kubikkilometer klares Eis am Südpol als Messvolumen. Tausende Lichtsensoren sitzen tief im Eis.
Trifft ausnahmsweise ein Neutrino auf Materie, entstehen geladene Teilchen. Sie erzeugen im Eis schwache Lichtsignale. Aus Zeitpunkt und Verteilung dieser Signale lässt sich die Flugrichtung rekonstruieren. Forschende können dann prüfen, aus welcher Himmelsregion ein besonders energiereiches Teilchen kam.
Francis Halzen stellte die Vision eines solchen Detektors Ende der 1980er-Jahre vor und trieb die internationale Umsetzung wissenschaftlich voran. IceCube wurde 2011 fertiggestellt. Danach gelang der Nachweis hochenergetischer Neutrinos, die von außerhalb des Sonnensystems stammen müssen.
Der Vorteil ist zugleich die Grenze: Einzelne Neutrinos sind selten, und nicht jedes Ereignis lässt sich eindeutig einer bestimmten Galaxie oder einem einzelnen Schwarzen Loch zuordnen. Viele Beobachtungen und der Vergleich mit Licht-, Gamma- oder Gravitationswellendaten sind nötig, um kosmische Quellen belastbar zu bestimmen.
Für seine entscheidenden Beiträge zu IceCube und zur Entdeckung astrophysikalischer Hochenergie-Neutrinos erhält Halzen den Physiknobelpreis 2026. Die Auszeichnung gilt einer neuen Art von Astronomie: Das Eis ist kein Teleskopspiegel, sondern ein riesiger transparenter Raum, in dem die seltenen Spuren fast ungreifbarer Teilchen sichtbar werden.