M101 im 21. Jahrhundert

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Bildcredit: NASA, ESA, CXC, JPLCaltech, STScI

Beschreibung: Die große, schöne Spiralgalaxie M101 ist einer der letzten Einträge in Charles Messiers berühmtem Katalog, aber sicherlich nicht einer der geringsten. Diese Galaxie ist gewaltig – sie misst etwa 170.000 Lichtjahre und ist somit fast doppelt so groß wie unserer Milchstraße. M101 war auch einer der ursprünglichen Spiralnebel, die mit Lord Rosses großem Teleskop des 19. Jahrhunderts beobachtet wurden, dem Leviathan von Parsonstown.

Im Gegensatz dazu ist diese Ansicht des großen Inseluniversums in mehreren Wellenlängen ein Komposit aus Bildern, die im 21. Jahrhundert mit Teleskopen im Weltraum aufgenommen wurden. Das Bild ist von Röntgen bis Infrarot- Wellenlängen (hohe bis niedrige Energien) farbcodiert. Die Bilddaten stammen vom Chandra-Röntgenteleskop (violett), dem Galaxy Evolution Explorer (blau), dem Weltraumteleskop Hubble (gelb) und dem Weltraumteleskop Spitzer (rot).

Die Röntgendaten zeigen Orte in M101, an denen sich viele Millionen Grad heißes Gas um explodierte Sterne sowie Doppelsysteme mit Neutronensternen oder Schwarzen Löchern befindet. Die Daten mit niedriger Energie zeigen Sterne und Staub, welche die prächtigen Spiralarme von M101 bilden. M101 ist auch als Feuerradgalaxie bekannt. Sie liegt innerhalb der Grenzen des nördlichen Sternbildes Ursa Major, etwa 25 Millionen Lichtjahre entfernt.

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Im Innern des Flammennebels

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Bildcredit und Bildrechte: Optisch: DSS; Infrarot: NASA/JPL-Caltech; Röntgen: NASA/CXC/PSU/ K.Getman, E.Feigelson, M.Kuhn und das MYStIX-Team

Beschreibung: Dieses Bild in sichtbarem Licht blickt zu einer staubigen, dicht gedrängten Sternbildungsregion im Gürtel des Orion, die etwa 1400 Lichtjahre entfernt ist, darin tritt der Flammennebel markant hervor. Doch Röntgendaten des Chandra-Observatoriums und Infrarotbilder des Weltraumteleskops Spitzer führen Sie ins Innere des leuchtenden Gases und der undurchsichtigen Staubwolken.

Schieben Sie Ihren Mauspfeil (oder klicken Sie auf das Bild), dann sehen Sie viele Sterne des vor kurzer Zeit entstandenen, eingebetteten Haufens NGC 2024, der zwischen 200.000 und 1,5 Millionen Jahre jung ist. Das darübergelegte Röntgen-Infrarot Kompositbild zeigt eine etwa 15 Lichtjahre breite Region im Zentrum des Flammennebels.

Die Rönten-Infrarot-Daten lassen vermuten, dass die jüngsten Sterne in der Mitte des Flammennebelhaufens konzentriert sind. Das wäre das Gegenteil des einfachsten Entstehungsmodells für das Sternbildungsgebiet, dem zufolge die Sternbildung im dichteren Zentrum eines Molekülwolkenkerns beginnt. Das Ergebnis erfordert ein komplexeres Modell; vielleicht dauert die Sternbildung im Zentrum länger an, oder ältere Sterne werden bei Verschmelzungen von Unterhaufen aus dem Zentrum ausgestoßen.

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Das Grinsen der Schwerkraft

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Bildcredit: Röntgen – NASA / CXC / J. Irwin et al.; Optisch – NASA/STScI

Beschreibung: Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die vor 100 Jahren veröffentlicht wurde, sagte das Phänomen des Gravitationslinseneffektes voraus. Dieser Effekt verleiht diesen fernen Galaxien eine so launige Erscheinung, wenn man sie im Spiegel von Röntgen- und optischen Bilddaten der Weltraumteleskope Chandra und Hubble betrachtet.

Die Galaxiengruppe trägt den Spitznamen Grinsekatze. Ihre beiden elliptischen Galaxien werden von angedeuteten Bögen eingerahmt. Diese Bögen sind optische Bilder ferner Hintergrundgalaxien. Sie wurden von der Gesamtverteilung der Gravitationsmasse der Gruppe im Vordergrund gebrochen. Diese Gravitationsmasse besteht vorwiegend aus Dunkler Materie.

Die beiden großen elliptischen „Augen“-Galaxien sind die hellsten Mitglieder ihrer Galaxiengruppe, sie sind dabei zu verschmelzen. Ihre relative Kollisionsgeschwindigkeit von fast 1350 Kilometern pro Sekunde erhitzt Gas auf Millionen Grad. Dabei entsteht das Leuchten im Röntgenspektralbereich, das in violetten Farbtönen abgebildet ist.

Sind Sie neugierig auf die Verschmelzung von Galaxiengruppen? Die Grinsekatzengruppe lächelt etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Großer Bär (Ursa Major).

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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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