Aufbereitung von Kassiopeia A

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Bildcredit: Röntgen – NASA, CXC, SAO; Optisch – NASA, STScI

Beschreibung: Massereiche Sterne in unserer Milchstraße haben ein eindrucksvolles Leben. Ihre Kernschmelzöfen, die durch den Kollaps gewaltiger kosmischer Staubwolken entstehen, entzünden sich und erzeugen in ihrem Inneren schwere Elemente. Nach wenigen Millionen Jahren wird die angereicherte Materie in den interstellaren Raum zurückgestoßen, wo die Sternbildung erneut beginnen kann.

Diese expandierende Trümmerwolke ist als Cassiopeia A bekannt und ein Beispiel für die Schlussphase im Lebenszyklus eines Sterns. Das Licht der Explosion, bei der dieser Supernovaüberrest entstand, wäre erstmals vor etwa 350 Jahren am Himmel des Planeten Erde zu sehen gewesen, doch dieses Licht brauchte ungefähr 11.000 Jahre, um zu uns zu gelangen.

Dieses Falschfarbenbild wurde aus Röntgen- und optischen Bilddaten des Chandra-Röntgenobservatoriums und des Weltraumteleskops Hubble zusammengesetzt. Es zeigt die immer noch heißen Fasern und Knoten im Überrest. In der geschätzten Entfernung von Cassiopeia A ist das Bild zirka 30 Lichtjahre breit. Energiereiche Röntgenemissionen bestimmter Elemente wurden farbcodiert: Silizium rot, Schwefel gelb, Kalzium grün und Eisen violett. Diese Farbcodierung hilft Astronomen, die Wiedergewinnung des Sternstaubs in unserer Galaxis zu untersuchen.

Die äußere, immer noch expandierende Druckwelle ist in blauen Farbtönen abgebildet. Der helle Fleck nahe der Mitte ist ein Neutronenstern – der unglaublich dichte kollabierte Überrest des massereichen Sternkerns.

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Elemente des Nachleuchtens

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Bildcredit: NASA/CXC/SAO

Beschreibung: Massereiche Sterne verbrennen im Laufe ihres kurzen Lebens rasend schnell Kernbrennstoff. Durch Fusion werden bei extremen Temperaturen und Dichten um den Sternkern herum die Kerne leichter Elementen wie Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff etc. kombiniert – in einer Reihe, die mit Eisen endet. Daher schleudert eine Supernovaexplosion – das unvermeidliche und spektakuläre Ende eines massereichen Sterns – Überreste in den Weltraum zurück, die mit schwereren Elementen angereichert sind, welche später in andere Sterne und Planeten (und Menschen!) eingebaut werden.

Dieses detailreiche Falschfarben-Röntgenbild des Chandra-Observatoriums im Orbit zeigt so eine heiße, expandierende stellare Trümmerwolke, die etwa 36 Lichtjahre groß ist. Dieser junge Supernovaüberrest ist als G292.0+1.8 katalogisiert und liegt im südlichen Sternbild Zentaur. Das Licht der ursprünglichen Supernovaexplosion erreichte die Erde vor ungefähr 1600 Jahren.

Bläuliche Farben zeigen viele Millionen Grad heiße Gasfasern, die besonders viel Sauerstoff, Neon und Magnesium enthalten. Ein punktförmiges Objekt links unter der Mitte auf diesem Chandrabild lässt vermuten, dass im Nachleuchten der anreichernden Supernova auch ein Pulsar entstand – ein rotierender Neutronenstern, Überrest des kollabierten Sternkerns.

Das faszinierende Bild wurde zur 20-Jahresfeier des Röntgenobservatoriums Chandra veröffentlicht.

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Der Katzenaugennebel in sichtbarem Licht und Röntgenstrahlung

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Bildcredit: NASA, ESA, Hubble Legacy Archive; Röntgenobservatorium Chandra; Bearbeitung und Bildrechte: Rudy Pohl

Beschreibung: Manche sehen darin ein Katzenauge, andere vielleicht die Schale einer kosmischen Riesen-Flügelschnecke, doch er ist einer der hellsten und detailreichsten planetarischen Nebel, die wir kennen. Er besteht aus Gas, das in der kurzen, aber prächtigen Phase nahe dem Lebensende eines sonnenähnlichen Sterns abgestoßen wird. Der sterbende Zentralstern dieses Nebels erzeugte vielleicht die äußeren kreisrunden konzentrischen Hüllen, indem er die äußeren Hüllen in einer Serie gleichmäßiger Erschütterungen abstieß. Die Entstehung der schönen, komplexen und symmetrischen inneren Strukturen ist jedoch nicht gut erklärbar.

Dieses Bild ist ein Komposit aus einem digital geschärften Bild des Weltraumteleskops Hubble, das mit einem im Röntgenlicht aufgenommenen Bild des Chandra-Observatoriums kombiniert wurde. Die erlesene schwebende Weltraumstatue ist größer als ein halbes Lichtjahr. Ein Blick in das Katzenauge könnte der Menschheit das Schicksal unserer Sonne zeigen, wenn sie in die Entwicklungsphase eines planetarischen Nebels eintritt – aber erst in etwa 5 Milliarden Jahren.

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Röntgen-Superblasen in der Galaxie NGC 3079

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Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, U. Michigan, J-T Li et al.; Optisch: NASA, STScI

Beschreibung: Wie entstanden diese gewaltigen galaktischen Superblasen? Zwei dieser ungewöhnlichen Blasen, von denen jede Tausende Lichtjahre misst, wurden kürzlich nahe dem Zentrum der Spiralgalaxie NGC 3079 entdeckt. Die Riesenblasen – rechts im Bild in Violett abgebildet – sind so heiß, dass sie Röntgenlicht abstrahlen, das vom Röntgenobservatorium Chandra der NASA in der Erdumlaufbahn detektiert wurde.

Da die Blasen über das Zentrum von NGC 3079 reichen, lautet eine führende Hypothese, dass sie irgendwie durch eine Wechselwirkung des zentralen, sehr massereichen Schwarzen Lochs mit dem umgebenden Gas erzeugt wurden. Andernfalls könnten die Riesenblasen vorwiegend durch die energiereichen Winde vieler junger, heißer Sternen in der Nähe des Galaxienzentrums entstanden sein. Das einzige ähnliche Phänomen, das wir kennen, sind Gammastrahlen emittierende Fermi-Blasen, die vom Zentrum unserer Milchstraße ausströmen, und die vor 10 Jahren auf Bildern des NASA-Satelliten Fermi entdeckt wurden.

Die Erforschung der NGC 3079-Superblasen wird sicherlich fortgesetzt, aber auch die Suche nach energiereichen Riesenblasen in anderen Galaxien.

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Tychos Supernovaüberrest in Röntgenlicht

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Bildcredit: NASA / CXC / F.J. Lu (Chinese Academy of Sciences) et al.

Beschreibung: Welcher Stern erzeugte diesen riesigen Bovisten? Hier ist der heiße, expandierende Nebel von Tychos Supernovaüberrest abgebildet. Er ist das Ergebnis einer Sternexplosion, die vor mehr als 400 Jahren von dem berühmten Astronomen Tycho Brahe beschrieben wurde. Dieses Bild ist ein Komposit in drei Röntgen-Spektralfarben, die mit dem Röntgenobservatorium Chandra im Orbit aufgenommen wurden.

Die expandierende Gaswolke ist extrem heiß, und die leicht unterschiedlichen Ausdehnungsraten verleihen der Wolke eine bauschige Erscheinung. Der Stern, der die Supernova SN 1572 erzeugte, wurde wahrscheinlich gänzlich aufgelöst, doch ein Stern mit dem Spitznamen Tycho G, der zu blass ist, um ihn hier zu erkennen, war vermutlich sein Begleiter. Überreste des Vorläufers von Tychos Supernova zu finden ist wichtig, da es eine Supernova vom Typ Ia war. Diese sind eine wichtige Sprosse der Entfernungsleiter, welche die Größenordnung des sichtbaren Universums kalibriert. Der Helligkeitshöhepunkt von Typ-Ia-Supernovae gilt als gut erforscht, weshalb sie bei der Erforschung des Zusammenhangs zwischen Blässe und Entfernung im fernen Universum ziemlich wertvoll sind.

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Der einsame Neutronenstern im Supernovaüberrest E0102-72.3

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Bildcredit: Röntgen: (NASA/CXC/ESO/F. Vogt et al.); Optisch: (ESO/VLT/MUSE und NASA/STScI)

Beschreibung: Warum sitzt dieser Neutronenstern nicht in der Mitte? Vor einiger Zeit wurde ein einsamer Neutronenstern in den Trümmern einer alten Supernovaexplosion entdeckt. Der „einsame Neutronenstern“, um den es geht, ist der blaue Punkt in der Mitte des roten Nebels links unten in E0102-72.3.

Auf diesem Bildkomposit ist Röntgenlicht, das vom Chandra-Observatorium der NASA fotografiert wurde, blau abgebildet, während optisches Licht, das mit dem Very Large Telescope der ESO in Chile und dem Weltraumteleskop Hubble der NASA im Orbit fotografiert wurde, rot und grün dargestellt wird.

Die versetzte Position dieses Neutronensterns ist unerwartet, da der dichte Stern vermutlich der Kern jenes Sterns ist, der als Supernova explodierte und den äußeren Nebel bildete. Es wäre möglich, dass der Neutronenstern in E0102 durch die Supernova selbst aus der Mitte des Nebels gestoßen wurde, doch dann wäre es seltsam, dass der kleinere rote Ring auf den Neutronenstern zentriert bleibt. Alternativ könnte der äußere Nebel durch ein anderes Szenario entstanden sein – vielleicht sogar unter Einfluss eins anderen Sterns. Künftige Beobachtungen der Nebel und des Neutronensterns werden das Rätsel wahrscheinlich lösen.

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Kosmische Kollision formt galaktischen Ring

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Bildcredit: Röntgen: Chandra (NASA, CXC, INAF, A. Wolter et al.); Optisch: Hubble (NASA, STScI)

Beschreibung: Wie kann eine Galaxie die Form eines Ringes annehmen? Der Rand der rechts abgebildeten blauen Galaxie ist eine unermessliche, ringähnliche Struktur mit einem Durchmesser von 150.000 Lichtjahren, die aus neu gebildeten, extrem hellen massereichen Sternen besteht. Diese Galaxie, AM 0644-741, ist als Ringgalaxie bekannt und entstand durch eine gewaltige Galaxienkollision.

Wenn Galaxien kollidieren, durchdringen sie einander – ihre Einzelsterne kommen selten miteinander in Kontakt. Die ringähnliche Form ist das Ergebnis der gravitativen Störung, die durch eine kleine eindringende Galaxie verursacht wurde, welche die große Galaxie durchdrang. Als das geschah, wurden interstellares Gas und Staub komprimiert. Das löste eine Sternbildungswelle aus, die vom Einschlagspunkt auswärts wanderte, wie Wellen, die sich auf der Oberfläche eines Teiches ausbreiten.

Links ist die wahrscheinliche Eindringlingsgalaxie zu sehen. Das Bild ist eine Kombination aus Daten der Weltraumteleskope Hubble (sichtbares Licht) und Chandra (Röntgen). Röntgenlicht ist rosarot dargestellt und bildet Orte ab, an denen energiereiche Schwarze Löcher oder Neutronensterne hausen, die wahrscheinlich kurz nach der Galaxienkollision entstanden sind.

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Viele Singularitäten im Galaktischen Zentrum

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Bildcredit: NASA/CXC / Columbia Univ./ C. Hailey et al.

Beschreibung: Eine kürzlich durchgeführte informelle Studie ergab, dass Astronomen noch keinen guten Sammelbegriff für Gruppen Schwarzer Löcher haben. Doch sie brauchen einen.

Die roten Kreise auf diesem Bild des Röntgenobservatoriums Chandra kennzeichnen eine Gruppe mit einem Dutzend Schwarzer Löcher in Doppelsternsystemen. Sie besitzen etwa 5 bis 30 Sonnenmassen und schwärmen in einem Umkreis von ungefähr 3 Lichtjahre um das Zentrum unserer Galaxis mit einem sehr massereiche Schwarzen Loch, das als Sagittarius A* (Sgr A*) bezeichnet wird. Gelbe Kreise kennzeichnen Röntgenquellen, die wahrscheinlich weniger massereiche Neutronensterne oder weiße Zwergsterne in Doppelsternsystemen sind.

Einzelne Schwarze Löcher wären unsichtbar, doch in Doppelsternsystemen sammeln sie Materie von ihrem normalen Begleitstern und erzeugen Röntgenstrahlung. In der Entfernung des galaktischen Zentrums kann Chandra nur die helleren dieser Doppelsysteme mit Schwarzen Löchern als punktförmige Röntgenquellen erkennen – ein Hinweis, dass es dort Hunderte schwächerer Doppelsysteme mit Schwarzen Löchern geben müsste, die noch nicht entdeckt wurden.

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Die Krabbe aus dem All

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Bildcredit: NASA – Röntgen: CXC, Optisch: STSCI, Infrarot: JPL-Caltech

Beschreibung: Der Krebsnebel ist als M1 katalogisiert, er ist das erste Objekt auf Charles Messiers berühmter Liste von Dingen, die keine Kometen sind. Die Krabbe nun als Supernovaüberrest bekannt, wobei die Trümmer der Todesexplosion eines massereichen Sterns auseinanderfliegen. Dieses faszinierende Falschfarbenbild kombiniert Daten der Weltraumobservatorien Chandra, Hubble und Spitzer, um die Trümmerwolke in Röntgen (blau-weiß), sichtbarem Licht (violett) und Infrarot (rosarot) zu erforschen.

Der Krebsnebel ist eines der exotischsten Objekte, das zeitgenössische Astronomen kennen – ein Neutronenstern, der 30-mal pro Sekunde rotiert. Es ist der helle Punkt nahe der Bildmitte. Dieser kollabierte Überrest des Sternkerns liefert wie ein kosmischer Dynamo die Energie für die Strahlung der Krabbe, die im gesamten elektromagnetischen Spektrum leuchtet. Der Krebsnebel ist ungefähr 12 Lichtjahre groß und steht 6500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier.

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Eine immersive Visualisierung des galaktischen Zentrums


Videocredit: NASA, CXC, Pontifical Catholic Univ. of Chile, C. Russell et al.

Beschreibung: Was würde man sehen, wenn man vom Zentrum unserer Galaxis hinausblicken könnte? Dieses Video zeigt zwei wissenschaftlich ermittelte Möglichkeiten als immersives 360-Grad-Video, bei dem man in jede Richtung blicken kann. Diese Computersimulation basiert auf Infrarotdaten des Very Large Telescope der ESO in Chile sowie Röntgendaten des NASARöntgenobservatoriums Chandra im Orbit.

Zu Beginn des Videos erreichen Sie rasch Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxis. Wenn Sie dann nach außen blicken, zeigt diese 500-Jahre-Zeitraffersimulation leuchtendes Gas und viele Lichtpunkte, die um Sie kreisen. Viele dieser Punkte sind junge Wolf-Rayet-Sterne, aus denen sichtbare heiße Winde in die umgebenden Nebel wehen. Näherkommende Wolken werden länglich, während Objekte, die sich zu sehr annähern, hineinfallen. Gegen Ende des Videos wiederholt sich die Simulation, doch diesmal stößt die dynamische Region um Sgr A* heißes Gas aus, das die näherkommende Materie zurückstößt.

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Unerwartete Röntgenstrahlen vom Perseus-Galaxienhaufen

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Bildcredit: Röntgen: NASA/CXO/Oxford University/J. Conlon et al.; Radio: NRAO/AUI/NSF/Univ. of Montreal/Gendron-Marsolais et al.; Optisch: NASA/ESA/IoA/A. Fabian et al.; DSS

Beschreibung: Warum leuchtet der Perseus-Galaxienhaufen so seltsam in einer bestimmten Röntgen-Wellenlänge? Das ist nicht bekannt, doch eine viel diskutierte Hypothese besagt, dass diese Röntgenstrahlen ein Hinweis auf die lange gesuchte Form der Dunklen Materie sind. Das Rätsel dreht sich um eine Röntgenfarbe von 3,5 Kiloelektronenvolt (KeV), die nur dann stark zu leuchten scheint, wenn man Bereiche weit außerhalb des Haufenzentrums beobachtet. Im Bereich unmittelbar um ein wahrscheinliches zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch mangelt es jedoch an 3,5 KeV-Röntgenstrahlen.

Ein ziemlich umstrittener Lösungsvorschlag besagt, dass es sich um etwas nie zuvor Gesehenes handeln könnte: fluoreszierende Dunkle Materie (FDM). Diese Art Dunkler Teilchenmaterie könnte 3,5-KeV-Röntgenstrahlung absorbieren. Falls dem so ist, könnte FDM nach Absorption dieses Röntgenlicht später aus dem ganzen Haufen abstrahlen, wobei eine Emissionslinie entsteht. Sieht man sie jedoch vor der Zentralregion, die das Schwarze Loch umgibt, müsste die Absorption von FDM deutlicher ausfallen und eine Absorptionslinie erzeugen.

Dieses Kompositbild des Perseus-Galaxienhaufens zeigt sichtbares Licht und Radiolicht in Rot und Röntgenlicht, das vom Weltraumobservatorium Chandra aufgenommen wurde, in Blau.

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