Anomale Signale aus dem Eis: Wissenschaftliches Rätsel ANITA wartet auf die Lösung durch die neue PUEO-Mission

Vor fast einem Jahrzehnt zeichnete das wissenschaftliche Instrument ANITA hoch über den eisigen Weiten der Antarktis ein Signal auf, das physikalischen Modellen zu widersprechen schien. Heute steht diese wissenschaftliche Rätselhaftigkeit, die etablierte Theorien herausforderte, kurz vor einer möglichen Auflösung. Durch neue, unabhängige Untersuchungen und den Einsatz des hochmodernen Experiments PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations) ist die wissenschaftliche Gemeinschaft näher denn je daran, die Natur dieser mysteriösen Signale zu ergründen.

Der Kern der Anomalie: Signale, die nicht existieren dürften

Zwischen 2016 und 2018 registrierte das in der Antarktis stationierte Experiment ANITA (Antarctic Impulsive Transient Antenna), bestehend aus Radioantennen auf einem Höhenballon, eine Reihe von Radioimpulsen. Diese Impulse schienen aus einem Winkel von etwa 30 Grad unterhalb des Horizonts zu stammen.

Diese Flugbahn implizierte, dass die Quelle der Signale tief unter der Eisoberfläche liegen müsse. Die Radiowellen hätten demnach Tausende von Kilometern dichtes Erdreich durchqueren müssen, was unweigerlich zu einer vollständigen Absorption geführt hätte.

Ursprünglich war das Instrument darauf ausgelegt, ultra-hochenergetische Neutrinos aus dem Kosmos zu detektieren. Diese sollten beim Wechselwirken mit dem Eis Radiostrahlungsimpulse (der Askaryan-Effekt) erzeugen. Die festgestellten anomalen Signale entsprachen jedoch nicht den erwarteten Eigenschaften von Neutrinos.

In den vergangenen Jahren wurden umfangreiche unabhängige Überprüfungen der ANITA-Daten durchgeführt, die der Geschichte neue, wichtige Details hinzufügten. Ein entscheidender Punkt ist das Fehlen einer Bestätigung durch das Pierre-Auger-Observatorium: Die internationale Pierre-Auger-Kollaboration in Argentinien fand bei der Analyse von 15 Jahren an Daten keine Spuren vergleichbarer anomaler Ereignisse. Angesichts der enormen Detektorfläche von Auger wirft dies ernsthafte Zweifel daran auf, dass ANITA einen Strom neuer, die Erde durchdringender Teilchen erfasst hat.

Die leitende Forscherin von ANITA, Stephanie Wissel von der Pennsylvania State University, merkt dazu an: „Unsere neue Untersuchung deutet darauf hin, dass solche Ereignisse in Langzeit-Expositions-Experimenten nicht beobachtet wurden … Dies deutet nicht auf neue Physik hin, sondern liefert vielmehr zusätzliche Informationen für das Gesamtbild.“ Dies verschiebt den Fokus von exotischen Erklärungen hin zur Suche nach plausibleren Ursachen.

Die wichtigsten in Betracht gezogenen Hypothesen

• Unbekannte Effekte bei der Radiowellenausbreitung: Die wahrscheinlichste Erklärung nach Ansicht vieler Wissenschaftler sind komplexe Reflexions- und Brechungseffekte der Radiowellen in der inhomogenen Struktur des antarktischen Eises und der polaren Atmosphäre, welche die Signalbahn verzerren können.
• Hypothesen jenseits des Standardmodells: Diese wurden zwar geprüft, gelten aber aufgrund fehlender Bestätigungen als unwahrscheinlich. Dazu zählen neue Teilchenarten (etwa im Zusammenhang mit Dunkler Materie) oder sterile Neutrinos.

Die Hoffnung auf eine endgültige Klärung ruht nun auf dem Nachfolger von ANITA, dem Experiment PUEO. Dessen erster Start im Rahmen der NASA Astrophysics Pioneers Mission erfolgte im Dezember 2025 von der McMurdo-Station in der Antarktis.

Wesentliche Verbesserungen von PUEO im Vergleich zu ANITA

• Empfindlichkeit: Zehnmal höher, was die empfindlichste Suche nach kosmischen Neutrinos ultrahoher Energie in der Geschichte ermöglichen wird.
• Interferometrischer Phased-Array-Trigger: Dieses neue System erlaubt eine präzisere Trennung schwacher Nutzsignale vom Hintergrundrauschen.
• Verbesserte Antennen und Navigation: Eine Verdopplung der effektiven Antennenfläche und ein neues Inertialnavigationssystem erhöhen die Genauigkeit der Richtungserfassung des Signals signifikant.

PUEO wird entweder eine Vielzahl ähnlicher anomaler Ereignisse aufzeichnen, was eine detaillierte Untersuchung und Bestimmung ihrer Natur ermöglicht, oder deren vollständiges Fehlen bestätigen und damit die Frage nach einem systematischen Fehler oder einem einzigartigen Artefakt von ANITA abschließen.

Die Entschlüsselung des ANITA-Rätsels ist nicht nur für sich genommen von Bedeutung. Sie stellt einen kritischen Schritt für die gesamte Forschungsrichtung der Hochenergie-Astrophysik dar.

Stephanie Wissel fasst zusammen: „Dies ist momentan eines dieser langwierigen Mysterien. Ich bin gespannt, denn wenn PUEO seinen Flug beginnt, verfügen wir über eine bessere Empfindlichkeit. Grundsätzlich können wir diese Anomalien besser verstehen, was einen großen Fortschritt im Verständnis des Hintergrundrauschens und letztlich bei der zukünftigen Neutrinodetektion bedeuten wird.“ Erste Resultate der PUEO-Mission werden voraussichtlich bereits im Laufe des Jahres 2026 veröffentlicht.