Der Medulla-Nebel, ein Supernovaüberrest

Der Supanovaüberrest CTB-1 im Sternbild Kassiopeia heißt wegen seiner gehirnähnlichen Form auch Medulla-Nebel.

Bildcredit und Bildrechte: Russell Croman

Was liefert die Energie, die den ungewöhnlichen Nebel CTB-1 zum Leuchten bringt? CTB-1 ist eine Gashülle, die sich ausdehnt. Sie blieb zurück, als vor ungefähr 10.000 Jahren im Sternbild Kassiopeia ein massereicher Stern explodierte. Es passierte wohl, als die Elemente um den Kern des Sterns, die durch Kernfusion einen stabilisierenden Druck aufbauten, zur Neige gingen. Bei der Explosion entstand ein Supernovaüberrest, dessen Form an ein Gehirn erinnert. Daher trägt er den Beinamen Medulla-Nebel.

Der Supernovaüberrest dehnt sich aus und kollidiert mit dem interstellaren Gas, das ihn umgibt. Dabei entsteht Hitze, die dafür sorgt, dass der Nebel immer noch in sichtbarem Licht leuchtet. Warum er auch in Röntgenlicht leuchtet, ist ein Rätsel. Man vermutet, dass auch ein Pulsar entstand, der den Nebel durch einen schnellen Wind, den er verströmt, mit Energie versorgt. Man dieser Spur und entdeckte dabei kürzlich in den Wellenlängen von Radio einen Pulsar. Der wurde anscheinend bei der Explosion der Supernova mit mehr als 1000 Kilometern pro Sekunde fortgeschleudert.

Der Medulla-Nebel ist zwar am Himmel so groß wie der Vollmond. Doch er leuchtet so schwach, dass für dieses Bild man 130 Stunden Belichtungszeit brauchte. Es entstand mit zwei kleinen Teleskopen in New Mexico in den USA.

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Supernovaüberrest Simeis 147

Der Supernovaüberrest Simeis 147 ist auch als Sharpless 2-240 katalogisiert und trägt den Spitznamen Spaghettinebel.

Bildcredit und Bildrechte: Georges Attard

Beschreibung: Leicht verirrt man sich, wenn man auf diesem detailreichen Bild des Supernovaüberrests Simeis 147 den verschlungenen Schleifen folgt. Er ist auch als Sharpless 2-240 katalogisiert und trägt den Spitznamen Spaghettinebel. Ihr seht ihn an den Grenzen der Sternbilder Stier und Fuhrmann. Am Himmel hat er einen Durchmesser von fast 3 Grad oder 6 Vollmonden. In der geschätzten Entfernung der Sterntrümmerwolke von 3000 Lichtjahren entspricht das ungefähr 150 Lichtjahren.

Dieses Komposit entstand aus Bilddaten, die mit Schmalbandfiltern aufgenommen wurden. Die rötlichen Emissionen ionisierter Wasserstoffatome und die blaugrünen Farbtöne doppelt ionisierter Sauerstoffatome markieren das erschütterte, leuchtende Gas.

Der Supernovaüberrest hat ein geschätztes Alter von 40.000 Jahren, was bedeutet, dass das Licht der mächtigen Sternexplosion vor 40.000 Jahren erstmals die Erde erreichte. Doch der expandierende Überrest ist nicht alles, was zurückblieb. Die kosmische Katastrophe hinterließ auch einen rotierenden Neutronenstern oder Pulsar, dieser ist als Einziges vom ursprünglichen Sternkern übrig.

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Eine Hitzepunktkarte der Oberfläche des Neutronensterns J0030

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Bildcredit: NASA, NICER, CI Lab des GSFC

Beschreibung: Wie sehen Neutronensterne aus? Diese Sterne, die etwa so groß sind wie eine Stadt, waren früher zu klein und zu weit entfernt, um sie aufzulösen.

Kürzlich wurden jedoch erste Karten der Orte und Größen von Hitzepunkten auf der Oberfläche eines Neutronensterns erstellt, indem sorgfältig modelliert wurde, wie die Röntgenhelligkeit des Sterns durch seine schnelle Rotation steigt und fällt. Diese anschauliche Karte basiert auf einem der führenden Modelle. Sie zeigt die Hitzepunkte des Pulsars J0030+0451, der Rest der Sternoberfläche ist mit einem fleckigen Falschfarbenblau aufgefüllt.

J0030 rotiert alle 0,0049 Sekunden um seine Achse und ist etwa 1000 Lichtjahre entfernt. Die Karte wurde aus Daten errechnet, die mit dem Röntgenteleskop Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER) der NASA aufgenommen wurden. Dieses Teleskop ist an der Internationalen Raumstation befestigt. Die errechneten Orte der Hitzepunkte überraschen und sind nicht gut erklärbar.

Weil der Gravitationslinseneffekt von Neutronensternen so stark ist, sieht man von der Erde aus mehr als die Hälfte der Oberfläche von J0030. Untersuchungen des Erscheinungsbildes von Pulsaren wie J0030 erlaubt eine genaue Abschätzung von Masse und Radius sowie der internen Physik des Neutronensterns, die verhindert, dass der Stern zu einem Schwarzen Loch implodiert.

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Supernovakanone stößt den Pulsar J0002 aus

Mitten im Bild ist eine Blase, aus der links unten ein Strahl hinausragt. Das Bild erinnert an Luftblasen unter Wasser. Rechts oben ist ein blaues Nebelgebilde.

Bildcredit: F. Schinzel et al. (NRAO, NSF), Kanadische Durchmusterung der galaktischen Ebene (DRAO), NASA (IRAS); Komposition: Jayanne English (U. Manitoba)

Was kann einen Neutronenstern wie eine Kanonenkugel ausstoßen? Eine Supernova. Vor etwa 10.000 Jahren zerstörte die Supernova, die den nebeligen Überrest CTB 1 erzeugte, einen massereichen Stern. Doch zusätzlich schleuderte sie den neuen Kern eines Neutronensterns – einen Pulsar – in die Milchstraße hinaus.

Der Pulsar rotiert 8,7-mal pro Sekunde um seine Achse. Er wurde bei dem Projekt Einstein@Home entdeckt. Es durchsucht Daten des NASA-Weltraumteleskops Fermi für Gammastrahlen. Der Pulsar PSR J0002+6216 (kurz J0002) rast mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1000 Kilometern pro Sekunde dahin. Er hat den Supernovaüberrest CTB 1 bereits verlassen und ist schnell genug, um aus unserer Galaxis hinauszukommen. Die Spur des Pulsars beginnt links unter dem Supernovaüberrest.

Dieses Bild ist ein Komposit. Die Daten dafür stammen von den Radio-Observatorien VLA und DRAO sowie dem Infrarotobservatorium IRAS der NASA. Wir wissen, dass sich Supernovae wie Geschütze und Pulsare wie Kanonenkugeln verhalten können. Doch wie Supernovae das anstellen, wissen wir nicht.

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Elemente im Nachleuchten einer Supernova

Ein puffiger runder Nebel leuchtet mitten im Bild in violetten und purpurfarbenen Tönen. Er ist von weißen Fasern durchzogen.

Bildcredit: NASA/CXC/SAO

Sterne mit großer Masse haben eine kurze Existenz. Sie verbrennen ihren nuklearen Brennstoff rasend schnell. Sterne fusionieren in ihrem Kern leichte Elementen wie Wasserstoff und Helium zu schwereren Elementen. Die Dichte und die Temperatur sind dabei extrem hoch.

Bei der Fusion entstehen neue Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff etc. Die Reihe endet mit Eisen. Zum Schluss schleudert die Explosion einer Supernova Materie in den Weltraum, die mit schwereren Elementen angereichert ist. Diese landen später in anderen Sternen und Planeten (auch in Menschen!). – Eine Supernova ist das Ende eines massereichen Sterns.

Dieses detailreiche Röntgenbild in Falschfarben stammt vom Weltraumteleskop Chandra. Es zeigt die heiße Trümmerwolke eines Sterns, die sich ausdehnt. Sie ist etwa 36 Lichtjahre groß. Der junge Supernovaüberrest ist als G292.0+1.8 katalogisiert. Er liegt im südlichen Sternbild Zentaur. Das Licht der Supernova erreichte die Erde vor ungefähr 1600 Jahren.

Bläuliche Farben zeigen Fasern aus Gas, die viele Millionen Grad heiß sind. Sie enthalten besonders viel Sauerstoff, Neon und Magnesium. Bei der Explosion der Supernova entstand auch ein Pulsar, das ist ein rotierender Neutronenstern. Es ist der Überrest des kollabierten Sterns. Das Bild feiert den 20. Jahrestag des Röntgen-Observatoriums Chandra.

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NICER bei Nacht

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Bildcredit: NASA, NICER

Beschreibung: Der Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), eine Nutzlast an Bord der Internationalen Raumstation, dreht und wendet sich, um kosmische Röntgenquellen zu verfolgen, während die Station alle 93 Minuten den Planeten Erde umkreist. Auf der Nachtseite der Bahn bleiben die Röntgendetektoren eingeschaltet. Während NICER also von Ziel zu Ziel schwenkt, werden die hellen Bögen und Schleifen dieser Ganzhimmelskarte gezogen, die aus NICER-Daten von 22 Monaten erstellt wurde.

Die Bögen laufen tendenziell an markanten hellen Stellen zusammen – es sind Pulsare am Röntgenhimmel, die NICER regelmäßig erfasst und überwacht. Pulsare sind rotierende Neutronensterne, die getaktete Röntgenpulse abgeben. Ihr Takt ist so präzise, dass sie zur Navigation verwendet werden – zur Bestimmung von Geschwindigkeit und Position von Raumfahrzeugen. Die Koordinaten dieser NICER-Röntgenkarte des ganzen Himmels sind so gewählt, dass der Himmelsäquator waagrecht in der Mitte verläuft.

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Mosaik des Vela-Supernovaüberrestes

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Bildcredit und Bildrechte: Robert Gendler, Roberto Colombari, Digitized Sky Survey (POSS II)

Beschreibung: Die Ebene unserer Milchstraße läuft durch diese komplexe, schöne Himmelslandschaft. Das 16 Grad breite Mosaik aus 200 Bildern zeigt die farbenprächtigen Sterne am nordwestlichen Rand des Sternbildes Segel (Vela). In der Bildmitte liegen die leuchtenden Fasern des Vela-Supernovaüberrestes, einer expandierenden Trümmerwolke von der Todesexplosion eines massereichen Sterns.

Das Licht der Supernovaexplosion, die den Vela-Überrest erzeugte, erreichte die Erde vor etwa 11.000 Jahren. Die kosmische Katastrophe hinterließ neben den komprimierten Fasern aus leuchtendem Gas auch einen unglaublich dichten, rotierenden Sternkern, den Vela-Pulsar. Der Vela-Überrest ist etwa 800 Lichtjahre entfernt und eingebettet in einen wahrscheinlich größeren, älteren Supernovaüberrest, den Gum-Nebel. Zu den erkennbaren Objekten auf diesem breiten Mosaik zählen Emissions- und Reflexionsnebel, Sternhaufen sowie der markante Bleistiftnebel.

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Der Supernovaüberrest Simeis 147

Der Spaghettinebel im Sternbild Stier besteht aus farbig leuchtenden Fäden. Er ist der Überrest einer Supernovaexplosion.

Bildcredit und Bildrechte: Daniel López (El Cielo de Canarias) / IAC

Man verirrt sich leicht, wenn man auf diesem detailreichen Bild den verworrenen Fäden im blassen Supernovaüberrest Simeis 147 folgt. Er ist auch als Sharpless 2-240 katalogisiert und hat den gängigen Kosenamen Spaghettinebel. Wir finden ihn an der Grenze der Sternbilder Stier und Fuhrmann. Am Himmel bedeckt er fast 3 Grad oder 6 Vollmonde. Die Trümmerwolke eines Sterns ist ungefähr 3000 Lichtjahre entfernt. In dieser Distanz ist sie etwa 150 Lichtjahre groß.

Die Bilddaten für das Kompositbild wurden mit Schmalbandfiltern fotografiert, um die rötlichen Emissionen ionisierter Wasserstoffatome zu verstärken. Diese zeigen das komprimierte leuchtende Gas. Der Supernovaüberrest ist ungefähr 40.000 Jahre alt. Somit erreichte das Licht der massereichen Sternexplosion die Erde erstmals vor 40.000 Jahren.

Doch der expandierende Überrest ist nicht alles, was übrig blieb. Die kosmische Katastrophe hinterließ auch einen rotierenden Neutronenstern oder Pulsar. Er ist alles, was vom ursprünglichen Sternkern blieb.

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