Originalveröffentlichung am 17.06.2024 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Neue Daten revidieren unser Bild von dieser ungewöhnlichen Supernova-Explosion
Der Krebsnebel ist ein nahe gelegenes Beispiel für die Trümmer, die zurückbleiben, wenn ein Stern einen gewaltsamen Tod in einer Supernova-Explosion erfährt. Trotz jahrzehntelanger Untersuchungen bleibt dieser Supernova-Überrest jedoch weiterhin ein Rätsel: Welche Art von Stern war für die Entstehung des Krebsnebels verantwortlich, und was war die Ur-sache der Explosion?
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat einen neuen Blick auf den Krebs geliefert, einschließlich der hoch-wertigsten Infrarotdaten, die bisher verfügbar waren, um Wissenschaftlern bei der Erforschung der detaillierten Struktur und chemischen Zusammensetzung des Überrests zu helfen. Diese Hinweise helfen dabei, die ungewöhnliche Art und Weise zu enträtseln, in der der Stern vor etwa 1.000 Jahren explodierte.
Ein Team von Wissenschaftlern nutzte das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, um die Zusammensetzung des Krebsnebels zu analysieren, eines Supernova-Überrests, der sich in einer Entfernung von 6.500 Lichtjahren im Sternbild Stier befindet. Mit MIRI (Mid-Infrared Instrument) und der NIRCam (Near-Infrared Camera) des Teleskops sammelte das Team Daten, die zur Aufklärung der Geschichte des Krebsnebels beitragen.
Der Krebsnebel ist das Ergebnis einer Kernkollaps-Supernova durch den Tod eines massereichen Sterns. Die Supernova-Explosion selbst wurde 1054 n. Chr. auf der Erde beobachtet und war hell genug, um sie tagsüber zu sehen. Der viel schwächere Überrest, der heute zu sehen ist, ist eine sich ausdehnende Hülle aus Gas und Staub sowie ausströmende Winde, die von einem Pulsar, einem sich schnell drehenden und stark magnetisierten Neutronenstern, angetrieben werden.
Auch der Krebsnebel ist höchst ungewöhnlich. Seine atypische Zusammensetzung und die sehr niedrige Explosions-energie wurden bisher durch eine Elektroneneinfang-Supernova erklärt – eine seltene Art von Explosion, die aus einem Stern mit einem weniger entwickelten Kern aus Sauerstoff, Neon und Magnesium entsteht, anstatt aus einem typischen Eisenkern.
“Jetzt erweitern die Webb-Daten die möglichen Interpretationen”, sagte Tea Temim, Hauptautorin der Studie von der Princeton University in New Jersey. “Die Gaszusammensetzung erfordert nicht mehr eine Elektroneneinfang-Explosion, sondern könnte auch durch eine schwache Eisenkernkollaps-Supernova erklärt werden.”
Die Gegenwart studieren, um die Vergangenheit zu verstehen
Frühere Forschungen haben die gesamte kinetische Energie der Explosion auf der Grundlage der Menge und der Geschwindigkeiten des heutigen Auswurfs berechnet. Die Astronomen schlossen daraus, daß die Explosion von relativ geringer Energie war (weniger als ein Zehntel der Energie einer normalen Supernova) und daß die Masse des Vorläufer-sterns im Bereich von acht bis zehn Sonnenmassen lag – auf dem schmalen Grat zwischen Sternen, die einen gewaltsa-men Supernova-Tod erleben, und solchen, die dies nicht tun.
Es gibt jedoch Unstimmigkeiten zwischen der Theorie der Elektroneneinfang-Supernova und den Beobachtungen des Krebses, insbesondere der beobachteten schnellen Bewegung des Pulsars. In den letzten Jahren haben die Astronomen auch ihr Verständnis von Supernovae mit Eisenkernkollaps verbessert und gehen nun davon aus, daß auch diese Art von Supernovae Explosionen mit niedriger Energie erzeugen kann, vorausgesetzt, die Masse des Sterns ist ausreichend gering.
Webb-Messungen bringen historische Ergebnisse in Einklang
Um die Ungewissheit über den Vorgängerstern des Krebses und die Art der Explosion zu verringern, nutzte das Team unter der Leitung von Temim die spektroskopischen Möglichkeiten von Webb, um zwei Bereiche innerhalb der inneren Filamente des Krebses genauer zu untersuchen.
Theorien sagen voraus, daß aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung des Kerns in einer Elektroneneinfang-Supernova das Verhältnis von Nickel zu Eisen (Ni/Fe) viel höher sein sollte als das in unserer Sonne gemessene Verhältnis (die diese Elemente aus früheren Generationen von Sternen enthält). In Studien Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre wurde das Ni/Fe-Verhältnis im Krebs mit Hilfe von optischen und Nahinfrarot-Daten gemessen und ein hohes Ni/Fe-Häufigkeitsverhältnis festgestellt, das für das Elektroneneinfang-Supernova-Szenario zu sprechen schien.
Das Webb-Teleskop mit seinen empfindlichen Infrarot-Fähigkeiten bringt nun die Erforschung des Krebsnebels voran. Das Team nutzte die spektroskopischen Fähigkeiten von MIRI, um die Nickel- und Eisenemissionslinien zu messen, was zu einer zuverlässigeren Schätzung des Ni/Fe-Häufigkeitsverhältnisses führte. Sie fanden heraus, daß das Verhältnis im Ver-gleich zur Sonne immer noch erhöht ist, aber nur geringfügig und viel niedriger als bei früheren Schätzungen.
Die überarbeiteten Werte stimmen mit dem Elektroneneinfang überein, schließen aber eine Eisenkernkollaps-Explosion von einem ähnlich massearmen Stern nicht aus. (Es wird erwartet, daß Explosionen mit höherer Energie von masse-reicheren Sternen Verhältnisse ergeben, die näher an den solaren Häufigkeiten liegen.) Weitere Beobachtungen und theoretische Arbeiten sind erforderlich, um zwischen diesen beiden Möglichkeiten zu unterscheiden.
“Derzeit decken die Spektraldaten von Webb zwei kleine Regionen des Krebses ab, daher ist es wichtig, viel mehr vom Überrest zu untersuchen und räumliche Variationen zu identifizieren”, sagte Martin Laming vom Naval Research Laboratory in Washington und einer der Mitautoren der Studie. “Es wäre interessant zu sehen, ob wir Emissionslinien von anderen Elementen, wie Kobalt oder Germanium, identifizieren können.
Kartierung des aktuellen Zustands des Krebses
Neben der Gewinnung von Spektraldaten aus zwei kleinen Regionen im Inneren des Krebsnebels zur Messung des Häufigkeitsverhältnisses beobachtete das Teleskop auch die weitere Umgebung des Überrests, um Einzelheiten der Synchrotronstrahlung und der Staubverteilung zu verstehen.
Die von MIRI gesammelten Bilder und Daten ermöglichten es dem Team, die Staubemission innerhalb des Krebses zu isolieren und zum ersten Mal in hoher Auflösung zu kartieren. Durch die Kartierung der warmen Staubemission mit Webb und die Kombination mit den Daten des Herschel-Weltraumobservatoriums über kühlere Staubkörner konnte das Team ein in sich abgerundetes Bild der Staubverteilung erstellen: Die äußersten Filamente enthalten relativ warmen Staub, während in der Nähe des Zentrums kühlere Körner vorherrschen.
“Der Ort, an dem der Staub im Krebs zu sehen ist, ist interessant, weil er sich von anderen Supernova-Überresten wie Cassiopeia A und Supernova 1987A unterscheidet”, sagt Nathan Smith vom Steward Observatory der Universität von Arizona und Mitautor der Studie. “Bei diesen Objekten befindet sich der Staub genau im Zentrum. Beim Krebs befindet sich der Staub in den dichten Filamenten der äußeren Hülle. Der Krebsnebel wird einer Tradition in der Astronomie gerecht: Die nächstgelegenen, hellsten und am besten untersuchten Objekte neigen dazu, bizarr zu sein.”
Diese Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal Letters angenommen.
Die Beobachtungen wurden im Rahmen des General Observer program 1714 durchgeführt.
Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisa-tion).
Krebsnebel
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): Krebsnebel, M1, NGC 1952
- Objektbeschreibung: Supernova-Überrest, Pulsar
- Rektaszension: 05:34:32
- Deklination: +22:00:52
- Sternbild: Taurus
- Entfernung: 6500 Lichtjahre
- Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 5,5 Bogenminuten (etwa 10 Lichtjahre)
- Daten
- Instrument: NIRCam, MIRI
- Filter: NIRCam>F480M
- Filter: MIRI>F1800W, F2100W
- Bild
- Farbinformation: Dieses Bild ist eine Zusammenstellung von Einzelaufnahmen, die das James-Webb-Weltraumteleskop mit den Instrumenten MIRI und NIRCam gemacht hat. Es wurden mehrere Filter verwendet, um bestimmte Wellen-längenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter oder Bildern aus mathematischen Kombinationen von Filtern zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: Synchrotron (F480M), Grün: Schwefel (abgeleitet von F1800W und F2100W), Magenta: Staub (abgeleitet von F1800W und F2100W)
Über das Bild: NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop hat die Struktur des Krebsnebels seziert und damit den Astrono-men geholfen, die führenden Theorien über die Entstehung des Supernova-Überrests zu überprüfen. Mit den von Webb’s NIRCam (Nahinfrarotkamera) und MIRI (Mittelinfrarotinstrument) gesammelten Daten konnte ein Team von Wissenschaft-lern einige der wichtigsten Komponenten des Krebsnebels genau untersuchen.
Zum ersten Mal überhaupt haben Astronomen die warme Staubemission in diesem Supernova-Überrest kartiert. Die Staubkörner, die als flauschiges magentafarbenes Material dargestellt sind, bilden eine käfigartige Struktur, die vor allem in den unteren linken und oberen rechten Bereichen des Überrests zu sehen ist. Staubfäden ziehen sich auch durch das Innere des Krebses und fallen manchmal mit grün gefärbten Regionen mit doppelt ionisiertem Schwefel (Schwefel III) zusammen. Gelb-weiß gesprenkelte Filamente, die große schleifenartige Strukturen um das Zentrum des Supernova- Überrests bilden, repräsentieren Bereiche, in denen sich Staub und doppelt ionisierter Schwefel überschneiden.
Die käfigartige Struktur des Staubs trägt dazu bei, einige, aber nicht alle der geisterhaften Synchrotronemissionen, die in Blau dargestellt sind, zu begrenzen. Die Emission ähnelt Rauchschwaden, die vor allem im Zentrum des Krebses zu sehen sind. Die dünnen blauen Bänder folgen den Magnetfeldlinien, die durch das Pulsarherz des Krebses – einen schnell rotierenden Neutronenstern – erzeugt werden.
Krebsnebel (Kompass-Ansicht)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): Krebsnebel, M1, NGC 1952
- Objektbeschreibung: Supernova-Überrest, Pulsar
- Rektaszension: 05:34:32
- Deklination: +22:00:52
- Sternbild: Taurus
- Entfernung: 6500 Lichtjahre
- Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 5,5 Bogenminuten (etwa 10 Lichtjahre)
- Daten
- Instrument: NIRCam, MIRI
- Filter: NIRCam>F480M
- Filter: MIRI>F1800W, F2100W
- Bild
- Farbinformation: Dieses Bild ist eine Zusammenstellung von Einzelaufnahmen, die das James-Webb-Weltraumteleskop mit den Instrumenten MIRI und NIRCam gemacht hat. Es wurden mehrere Filter verwendet, um bestimmte Wellen-längenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter oder Bildern aus mathematischen Kombinationen von Filtern zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: Synchrotron (F480M), Grün: Schwefel (abgeleitet von F1800W und F2100W), Magenta: Staub (abgeleitet von F1800W und F2100W)
Über das Bild: Bild des Krebsnebels, aufgenommen von Webb’s NIRCam und MIRI, mit Kompasspfeilen, Maßstabsleiste und Farbschlüssel als Referenz.
Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Vergleich zu den Richtungspfeilen auf einer Karte des Bodens (von oben gesehen) umgekehrt ist.
Der Maßstabsbalken ist in Lichtjahren angegeben, was der Entfernung entspricht, die das Licht in einem Erdjahr zurück-legt. (Das Licht braucht 2 Jahre, um eine Strecke zurückzulegen, die der Länge des Balkens entspricht). Ein Lichtjahr entspricht ungefähr 9,46 Billionen Kilometer. Das auf diesem Bild gezeigte Sichtfeld hat einen Durchmesser von circa 10 Lichtjahren.
Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des Lichts im nahen und mittleren Infrarot, die in Farben des sichtbaren Lichts übersetzt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche Komponenten von NIRCam und MIRI beobachtet wurden und welche Farbe des sichtbaren Lichts den einzelnen Merkmalen zugeordnet ist.
Krebsnebel zur Neuinterpretation auf seine wesentlichen Bestandteile zurückgeführt
Dieses Video zeigt die verschiedenen Hauptkomponenten, aus denen sich der Krebsnebel zusammensetzt, wie er vom James-Webb-Weltraumteleskop beobachtet wurde. Trotz jahrzehntelanger Studien gibt dieser Supernova-Überrest den Astronomen weiterhin Rätsel auf, da sie versuchen zu verstehen, welche Art von Vorgängerstern und Explosion diese dynamische Umgebung hervorgebracht hat.
Ein Team von Wissenschaftlern nutzte das MIRI (Mid-Infrared Instrument) und die NIRCam (Near-Infrared Camera) des Teleskops, um die Struktur des Nebels zu sezieren und außergewöhnlich genaue Daten zu erhalten. Beginnen Sie mit einem farbreichen zusammengesetzten Bild des Krebsnebels, bevor Sie einige der wichtigsten Bausteine isoliert betrach-ten: die Synchrotronemission (blau gefärbt), Staub (magenta) und doppelt ionisierter Schwefel (grün).
Die geisterhafte Synchrotronemission ähnelt blauen Rauchfahnen und ist im Zentrum des Überrests am hellsten. Dünne blaue Bänder zeichnen die Magnetfeldlinien nach, die durch das Pulsarherz des Krebses – einen schnell rotierenden Neutronenstern – erzeugt werden.
Staub, als flauschiges magentafarbenes Material wiedergegeben, bildet eine käfigartige Struktur, die auf die inneren Filamente beschränkt ist. Staubklumpen und -knoten sind auch im Inneren des Krebses verstreut.
Doppelt ionisierter Schwefel (Schwefel III) ist in Grün dargestellt. Obwohl sie im Großen und Ganzen der magentafarbenen Staubemissionskarte ähnelt, ist die Verteilung des doppelt ionisierten Schwefels im unteren linken und rechten Teil des Bildes stärker ausgeprägt. Bereiche, in denen sich Staub und doppelt ionisierter Schwefel überschneiden, sind im Vollfarb-bild gelb-weiß. Am auffälligsten ist dies in der Mitte, wo die gesprenkelten Filamente große schleifenartige Strukturen bilden.