Originalveröffentlichung am 07.04.2023 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Glühender Staub und Elemente weisen komplexe Strukturen auf, die für Wissenschaftler schwer zu erklären sind
Die Explosion eines Sterns ist ein spektakuläres Ereignis, aber die Überreste, die der Stern hinterläßt, können noch spektakulärer sein. Ein neues Bild im mittleren Infrarotbereich von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop liefert ein beeindruckendes Beispiel. Es zeigt den Supernova-Überrest Cassiopeia A (Cas A), der vor 340 Jahren durch eine Sternexplosion entstanden ist – aus der Perspektive der Erde. Das Bild zeigt strahlende Farben und komplizierte Strukturen, die darauf warten, genauer untersucht zu werden. Cas A ist der jüngste bekannte Überrest eines explodierten, massereichen Sterns in unserer Galaxis und bietet den Astronomen die Möglichkeit, stellare Forensik zu betreiben, um den Tod des Sterns zu verstehen.
Die Explosion eines Sterns ist ein spektakuläres Ereignis, aber die Überreste, die der Stern hinterläßt, können noch viel spektakulärer sein. Ein neues Bild im mittleren Infrarotbereich vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA liefert ein beeindruckendes Beispiel. Es zeigt den, von der Erde aus gesehen, vor 340 Jahren durch eine Sternexplosion entstandenen Supernova-Überrest Cassiopeia A (Cas A). Cas A ist der jüngste bekannte Überrest eines explodierten, massereichen Sterns in unserer Galaxis, was ihn zu einer einzigartigen Gelegenheit macht, mehr darüber zu erfahren, wie solche Supernovae entstehen.
„Cas A bietet uns die beste Gelegenheit, das Trümmerfeld eines explodierten Sterns zu untersuchen und eine Art stellare Autopsie durchzuführen, um zu verstehen, welche Art von Stern vorher da war und wie dieser Stern explodiert ist“, sagte Danny Milisavljevic von der Purdue University in West Lafayette, Indiana, Projektleiter des Webb-Programms, das diese Beobachtungen gemacht hat.
„Im Vergleich zu früheren Infrarotbildern sehen wir unglaubliche Details, auf die wir bisher keinen Zugriff hatten“, fügte Tea Temim von der Princeton University in Princeton, New Jersey, hinzu, die an dem Programm mitwirkte.
Cassiopeia A ist ein typischer Supernova-Überrest, der von mehreren boden- und weltraumgestützten Observatorien, darunter das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA, umfassend untersucht wurde. Die Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen können kombiniert werden, um den Wissenschaftlern ein umfassenderes Verständnis des Überrests zu ermöglichen.
Genaue Analyse des Bildes
Die auffälligen Farben des neuen Bildes von Cas A, bei dem Infrarotlicht in Wellenlängen des sichtbaren Lichts umgewandelt wird, enthalten eine Fülle wissenschaftlicher Informationen, die das Team gerade erst zu entschlüsseln beginnt. An der Außenseite der Blase, insbesondere oben und links, befinden sich Schleier aus Material, das aufgrund der Strahlung von warmem Staub orange und rot erscheint. Sie markieren die Stellen, an denen ausgestoßenes Material des explodierten Sterns auf das umgebende zirkumstellare Gas und den Staub trifft.
Im Inneren dieser äußeren Hülle liegen gesprenkelte Fäden in hellem Rosa, die mit Klumpen und Knoten übersät sind. Dabei handelt es sich um Material des Sterns selbst, das durch eine Mischung aus verschiedenen schweren Elementen wie Sauerstoff, Argon und Neon sowie durch Staubemission leuchtet.
„Wir versuchen immer noch, all diese Strahlungsquellen zu entschlüsseln“, sagt Ilse De Looze von der Universität Gent in Belgien, die ebenfalls an dem Programm beteiligt ist.
Das stellare Material ist auch in Form von lichtschwächeren Strähnen in der Nähe des Inneren des Hohlraums zu sehen.
Am auffälligsten ist vielleicht die in grün wiedergegebene Schleife, die sich über die rechte Seite des zentralen Hohlraums erstreckt. „Wir haben sie zu Ehren des Fenway Park in Boston das Grüne Monster genannt. Wenn man genau hinsieht, bemerkt man, dass es mit Pockennarben übersät ist, die wie Mini-Blasen aussehen“, erklärt Milisavljevic. „Die Form und Komplexität sind unerwartet und schwierig zu verstehen.“
Die Ursprünge des kosmischen Staubs – und von uns
Zu den wissenschaftlichen Fragen, zu deren Beantwortung Cas A beitragen kann, gehören: Woher kommt der kosmische Staub? Beobachtungen haben ergeben, daß selbst sehr junge Galaxien im frühen Universum mit großen Mengen an Staub durchsetzt sind. Es ist schwierig, den Ursprung dieses Staubs zu erklären, ohne sich auf Supernovae zu berufen, die große Mengen schwerer Elemente (die Bausteine des Staubs) ins All schleudern.
Die bisherigen Beobachtungen von Supernovae waren jedoch nicht in der Lage, die Menge an Staub, die wir in diesen frühen Galaxien sehen, schlüssig zu erklären. Durch die Untersuchung von Cas A mit Webb erhoffen sich die Astronomen ein besseres Verständnis seines Staubgehalts, was uns helfen kann zu verstehen, wo die Bausteine der Planeten und von uns selbst entstehen.
„In Cas A können wir Regionen mit unterschiedlicher Gaszusammensetzung räumlich auflösen und untersuchen, welche Arten von Staub sich in diesen Regionen gebildet haben“, erklärt Temim.
Supernovae wie diejenige, aus der Cas A entstand, sind für das Leben, wie wir es kennen, von entscheidender Bedeutung. Sie verbreiten Elemente wie das Kalzium, das wir in unseren Knochen finden, und das Eisen in unserem Blut im interstellaren Raum und bringen neue Generationen von Sternen und Planeten hervor.
„Indem wir den Prozeß der Sternexplosion verstehen, lesen wir unsere eigene Entstehungsgeschichte“, sagt Milisavljevic. „Ich werde den Rest meiner Karriere damit verbringen, zu verstehen, was in diesem Datensatz steckt.“
Der Überrest von Cas A erstreckt sich über etwa 10 Lichtjahre und befindet sich in 11.000 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Kassiopeia.
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 Weltraum-organisation).
Cassiopeia A (MIRI Image)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): Cassiopeia A, SNR G111.7-02.1
- Objektbeschreibung: Supernova-Überrest
- Rektaszension: 23:23:24.00
- Deklination: +58:48:54.00
- Sternbild: Cassiopeia
- Entfernung: 11.090 Lichtjahre
- Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 24 Lichtjahren
- Daten
- Instrument: MIRI
- Filter: F560W, F770W, F1000W, F1130W, F1280W, F1800W, F2100W, F2550W
- Bild
- Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem MIRI-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F560W, Hellblau: F770W, Cyan: F1000W, Grün: F1130W, Gelb: F1280W, Orange: F1800W, Rot: F2100W+ F2550W
Über das Bild: Cassiopeia A (Cas A) ist ein Supernova-Überrest, der etwa 11.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Cassiopeia liegt. Er erstreckt sich über ungefähr 10 Lichtjahre. Dieses neue Bild verwendet Daten des Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) von Webb, um Cas A in einem neuen Licht zu zeigen.
An der Außenseite des Überrests, insbesondere oben und links, befinden sich Schleier aus Material, das aufgrund der Strahlung von warmem Staub orange und rot erscheint. Sie markieren die Stellen, an denen ausgestoßenes Material des explodierten Sterns auf das umgebende zirkumstellare Material trifft.
Im Inneren dieser äußeren Schale liegen gesprenkelte Fäden in hellem Rosa, die mit Klumpen und Knoten übersät sind. Dabei handelt es sich um Material des Sterns selbst, das wahrscheinlich aufgrund einer Mischung aus verschiedenen schweren Elementen und Staubemissionen leuchtet. Das stellare Material ist auch als schwächere Strähnen in der Nähe des Hohlrauminneren zu sehen.
Eine in Grün dargestellte Schleife erstreckt sich über die rechte Seite des zentralen Hohlraums. Ihre Form und Komplexität sind unerwartet und für die Wissenschaftler schwer zu verstehen.
Dieses Bild kombiniert verschiedene Filter, wobei die Farbe Rot 25,5 Mikrometer (F2550W), Orange-Rot 21 µm (F2100W), Orange 18 µm (F1800W), Gelb 12,8 µm (F1280W), Grün 11,3 µm (F1130W), Cyan 10 µm (F1000W), Hellblau 7,7 µm (F770W) und Blau 5,6 µm (F560W) zugeordnet ist. Die Daten stammen aus dem allgemeinen Beobachterprogramm 1947.
MIRI wurde von der ESA und der NASA beigesteuert, wobei das Instrument von einem Konsortium aus staatlich finanzierten europäischen Instituten (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit der University of Arizona und dem JPL entwickelt und gebaut wurde.
Cassiopeia A (MIRI Compass Image)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektname(n): Cassiopeia A, SNR G111.7-02.1
- Objektbeschreibung: Supernova-Überrest
- Rektaszension: 23:23:24.00
- Deklination: +58:48:54.00
- Sternbild: Cassiopeia
- Entfernung: 11.090 Lichtjahre
- Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 24 Lichtjahren
- Daten
- Instrument: MIRI
- Filter: F560W, F770W, F1000W, F1130W, F1280W, F1800W, F2100W, F2550W
- Bild
- Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem MIRI-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Blau: F560W, Hellblau: F770W, Cyan: F1000W, Grün: F1130W, Gelb: F1280W, Orange: F1800W, Rot: F2100W+ F2550W
Über das Bild: Dieses Bild des Supernova-Überrests Cassiopeia A, das von Webb’s Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) aufgenommen wurde, zeigt Kompasspfeile, einen Maßstabsbalken und einen Farbschlüssel zur Orientierung.
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 Erdenjahr zurück-legt. (Das Licht braucht 0,25 Jahre, um eine Strecke zurückzulegen, die der Länge des Maßstabsbalkens entspricht). Ein Lichtjahr entspricht etwa 9,46 Billionen Kilometer. Das auf diesem Bild gezeigte Sichtfeld hat einen Durchmesser von ungefähr 10 Lichtjahren.
Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des Lichts im mittleren Infrarot, die in Farben des sichtbaren Lichts umge-wandelt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche MIRI-Filter bei der Aufnahme des Lichts eingesetzt wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter hindurchgeht.
