Supernova-Detektion mit dem IceCube-Neutrinoteleskop

IceCube, ein Neutrinoteleskop, welches zur Zeit am Südpol aufgebaut und voraussichtlich 2011 fertiggestellt sein wird, kann galaktische Kernkollaps-Supernovae mit hoher Signifikanz und unübertroffener statistischer Genauigkeit der Neutrinolichtkurve detektieren. Derartige Supernovae werden begleitet von einem massiven Ausbruch niederenergetischer Neutrinos aller Flavour. Beim Durchfliegen des Detektormediums Eis entstehen Positronen und Elektronen, welche wiederum lokale Tscherenkowlichtschauer produzieren, die in ihrer Summe das gesamte Eis erleuchten. Ein Nachweis ist somit, trotz der Optimierung IceCubes auf hochenergetische Teilchenspuren, über eine kollektive Rauschratenerhöhung aller optischen Module möglich. Die vorwiegende Reaktion ist der inverse Betazerfall der Antielektronneutrinos, welcher über 90,% des gesamten Signals ausmacht.rnrnDiese Arbeit beschreibt die Implementierung und Funktionsweise der Supernova-Datennahme-Software sowie der Echtzeitanalyse, mit welcher die oben genannte Nachweismethode seit August 2007 realisiert ist. Die Messdaten der ersten zwei Jahre wurden ausgewertet und belegen ein extrem stabiles Verhalten des Detektors insgesamt sowie fast aller Lichtsensoren, die eine gemittelte Ausfallquote von lediglich 0,3,% aufweisen. Eine Simulation der Detektorantwort nach zwei unterschiedlichen Supernova-Modellen ergibt eine Sichtweite IceCubes, die im besten Falle bis zur 51,kpc entfernten Großen Magellanschen Wolke reicht. Leider ist der Detektor nicht in der Lage, die Deleptonisierungsspitze aufzulösen, denn Oszillationen der Neutrinoflavour innerhalb des Sterns modifizieren die Neutrinospektren ungünstig. Jedoch können modellunabhängig anhand des frühesten Signalanstiegs die inverse Massenhierarchie sowie $sin^2 2theta_{13} > 10^{-3}$ etabliert werden, falls die Entfernung zur Supernova $leq$,6,kpc beträgt. Gleiches kann durch Auswertung eines möglichen Einflusses der Erdmaterie auf die Neutrinooszillation mit Hilfe der Messung eines zweiten Neutrinodetektors erreicht werden.

IceCube, a neutrino telescope currently under construction at South Pole, will be completed in 2011. It is able to detect galactic core-collapse supernovae with high statistical significance and unsurpassed precision of the neutrino light curve. Such supernovae are accompanied by a massive outbreak of low-energy neutrinos of all flavors. When flying through ice, which forms the detector medium, positrons and electrons are created. The entirety of local Cherenkov light showers produced by these charge particles light up in the entire ice. Despite IceCube's optimization for high-energy particle tracks, a detection is possible due to a collective noise rate increase in all optical modules. The predominant reaction is the inverse beta decay of anti-electron neutrinos, which make up over 90,% of the total signal.rnrnThis work describes the implementation and operation of the supernova data acquisition software and real-time analysis, which provided the data since August 2007. The measurements of the first two years of data-taking were analyzed and demonstrate an extremely stable behavior of the total detector with an average failure rate of only 0.3,% for the light sensors. A simulation of the detector response for two different supernova models yields a range of sight for IceCube under best conditions up to the Large Magellanic Cloud at 51,kpc. Unfortunately, the detector is not able to resolve the deleptonization peak because the neutrino flavor oscillations in the star unfavorably modify the neutrino spectra. However, it may establish the inverse mass hierarchy and $sin^2 2theta_{13} > 10^{-3}$ model-independently by evaluating the very early signal rise, as long as the distance to the supernova is $leq$,6,kpc. The same may be achieved, by evaluating the possible influence of earth matter on the neutrino oscillation when comparing the result to a second neutrino detector measurement.