Webb zeigt erstmals vier sich um Apep „windende“ Staubschalen, was die lange Umlaufzeit begrenzt

Originalveröffentlichung am 19.11.2025 zu finden unter: https://science.nasa.gov/mission/webb/latestnews/

Zusammenfassung: Forscher nutzten Webb, um die Umlaufbahn von zwei Wolf-Rayet-Sternen, benannt nach dem ägyptischen Gott des Chaos, auf 190 Jahre zu verfeinern und bestätigten, daß ein dritter Stern ihre fortwährenden Kohlenstoffstaubauswürfe verursacht

Die spiralförmigen Hüllen, die von zwei Sternen, bekannt als Apep, benannt nach dem ägyptischen Gott des Chaos, ausgesandt werden, sind nun deutlich zu erkennen: Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat Staubspiralen sichtbar gemacht, die 700 Jahre Aktivität nachzeichnen.

„Webb hat ähnliche Systeme beobachtet, aber dieses zeigt bei weitem die meisten Details“, sagte Yinuo Han, Hauptautor einer neuen Veröffentlichung und Postdoktorand am Caltech in Pasadena, Kalifornien. „Es ist schon selten genug, einen Wolf-Rayet-Stern zu sehen, aber in Apep gibt es zwei. Wenn ihre Sternwinde aufeinanderprallen, produzieren sie während jedes 25-jährigen Umlaufs hinweg große Mengen an kohlenstoffhaltigem Staub.“

Durch die Kombination dieser neuen Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich mit einer Reihe von Bildern des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte konnten Han und seine Mitarbeiter eingrenzen, wie häufig die Sterne aneinander vorbeiziehen – einmal alle 190 Jahre – und bestätigen, daß ein dritter Stern, ein massereicher Überriese, Löcher in die staubigen Hüllen „schneidet”.

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat eine Premiere geliefert: Ein scharfes Bild im mittleren Infrarotbereich von einem System aus vier schlangenförmigen Staubspiralen, von denen sich jede in genau dem gleichen Muster über die nächste hinaus ausdehnt. (Die vierte Spirale ist fast durchsichtig und befindet sich am Rand des Webb-Bildes.) Vor Webb wurden bei Beobachtungen nur eine Hülle entdeckt, und obwohl die Existenz weiterer Hüllen vermutet wurde, konnten diese mit bodengestützten Teleskopen nicht nachgewiesen werden. Diese Hüllen wurden in den letzten 700 Jahren von zwei alternden Wolf-Rayet-Sternen in einem System namens Apep, benannt nach dem ägyptischen Gott des Chaos, ausgestoßen.

Das Bild von Webb in Kombination mit mehrjährigen Daten des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile ergab, wie oft sich die beiden Objekte umkreisen: einmal alle 190 Jahre. Während jeder dieser unglaublich langen Umläufe kommen sie sich 25 Jahre lang sehr nahe und bilden Staub.

Webb bestätigte zudem, daß es in diesem System drei Sterne gibt, die gravitativ miteinander verbunden sind. Der von den beiden Wolf-Rayet-Sternen abgestoßene Staub wird von einem dritten Stern, einem massereichen Überriesen, „zerlegt“, der von seiner weiter entfernten Umlaufbahn aus Löcher in jede sich ausdehnende Staubwolke schneidet. (Alle drei Sterne sind auf Webb’s Bild als ein einziger heller Lichtpunkt zu sehen.)

„Die neuen Beobachtungen von Webb anzuschauen war wie in einen dunklen Raum zu gehen und das Licht anzuschalten – plötzlich wurde alles sichtbar“, sagte Yinuo Han, Hauptautor einer neuen Veröffentlichung im Astrophysical Journal und Postdoktorand am Caltech in Pasadena, Kalifornien. „Auf Webb’s Bild ist überall Staub zu sehen, und das Teleskop zeigt, daß der größte Teil davon in sich wiederholenden, vorhersehbaren Strukturen abgestoßen wurde.“ Han’s Artikel erscheint zeitgleich mit der Veröffentlichung eines Artikels von Ryan White, Doktorand an der Macquarie University Sydney, Australien, im Astrophysical Journal.

Han, White und ihre Ko-Autoren verfeinerten die Umlaufbahn der Wolf-Rayet-Sterne, indem sie präzise Messungen der Ringposition aus Webb’s Bild mit der Geschwindigkeit der Ausdehnung der Hüllen aus Beobachtungen verbanden, die über acht Jahre hinweg mit dem VLT durchgeführt wurden.

„Dies ist ein einzigartiges System mit einer unglaublich seltenen Umlaufzeit“, sagte White. „Die nächstlängste Umlaufbahn für einen staubigen Wolf-Rayet-Doppelstern beträgt ungefähr 30 Jahre. Die meisten haben Umlaufbahnen zwischen zwei und zehn Jahren.“

Wenn sich die beiden Wolf-Rayet-Sterne nähern und aneinander vorbeiziehen, kollidieren ihre starken Sternwinde und vermischen sich, wodurch sie ein Vierteljahrhundert lang Unmengen an kohlenstoffreichem Staub bilden und ausstoßen. In ähnlichen Systemen wird Staub innerhalb von nur wenigen Monaten abgestoßen, wie beispielsweise die Hüllen in Wolf-Rayet 140.

Hochgeschwindigkeits-‘Scharmützel’

Die staubproduzierenden Wolf-Rayet-Sterne in Apep sind nicht gerade auf einer beschaulichen Kreuzfahrt. Sie rasen durch den Weltraum und schleudern Staub mit einer Geschwindigkeit von 2.000 bis 3.000 Kilometern pro Sekunde aus.

Dieser Staub ist zudem sehr dicht. Die spezifische Zusammensetzung des Staubs ist ein weiterer Grund, warum Webb so viel mehr beobachten konnte: Er besteht größtenteils aus amorphem Kohlenstoff. „Kohlenstoffstaubkörner behalten eine höhere Temperatur, selbst wenn sie sich weit vom Stern entfernt befinden“, sagte Han. Während die außergewöhnlich winzigen Staubkörner im Weltraum als warm gelten, ist das von ihnen ausgestrahlte Licht auch extrem schwach, weshalb es nur vom Weltraum aus mit Webb’s MIRI (Mid-Infrared Instrument) erfaßt werden kann.

Staub tranchieren

Um die Löcher zu finden, die der dritte Stern wie mit einem Messer durch den Staub geschnitten hat, suchen Sie nach dem zentralen Lichtpunkt und verfolgen eine V-Form von etwa 10 Uhr bis 2 Uhr. „Die Aushöhlung befindet sich in jeder Hülle mehr oder weniger an derselben Stelle und sieht aus wie ein Trichter“, sagte White.

„Ich war schockiert, als ich die aktualisierten Berechnungen in unseren Simulationen sah“, sagte er. „Webb lieferte uns den entscheidenden Beweis dafür, daß der dritte Stern gravitativ an dieses System gebunden ist.“ Forscher wissen seit der Beobachtung der hellsten innersten Hülle und der Sterne durch das VLT im Jahr 2018 von dem dritten Stern, aber die Beobachtungen von Webb führten zu einem aktualisierten geometrischen Modell, das den Zusammenhang endgültig bestätigte. (Sehen Sie sich das System in 3D an, indem Sie sich die Visualisierung unten ansehen.)

„Mit Webb haben wir mehrere Rätsel gelöst“, sagte Han. „Das einzige noch offene Rätsel ist die genaue Entfernung der Sterne von der Erde, die weitere Beobachtungen erfordern wird.“

Die Zukunft von Apep

Die beiden Wolf-Rayet-Sterne waren ursprünglich massereicher als ihr Begleiter, ein Überriese, haben jedoch den größten Teil ihrer Masse verloren. Es ist wahrscheinlich, daß beide Wolf-Rayet-Sterne zwischen 10- und 20-mal so massereich sind wie die Sonne und daß der Überriese 40- bis 50-mal so massereich ist wie die Sonne.

Schließlich werden die Wolf-Rayet-Sterne als Supernovae explodieren und ihre Bestandteile schnell ins All schleudern. Beide können auch einen Gammastrahlenausbruch verursachen, eines der energiereichsten Ereignisse im Universum, bevor sie möglicherweise zu einem Schwarzen Loch werden.

Wolf-Rayet-Sterne sind im Universum unglaublich selten. Es wird geschätzt, daß es in unserer Milchstraße, die insgesamt Hunderte von Milliarden Sterne enthält, nur etwa tausend davon gibt. Von den wenigen hundert Wolf-Rayet-Doppelsternen, die bisher beobachtet wurden, ist Apep das einzige Beispiel in unserer Galaxis, welches zwei Wolf-Rayet-Sterne dieser Art enthält – die meisten Doppelsterne haben nur einen.

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 Weltraumorganisation).

Wolf-Rayet-Sternsystem Apep (MIRI Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Apep, 2XMM J160050.7–514245
• Objektbeschreibung: Wolf-Rayet-Doppelstern
• Rektaszension: 16:00:50.5
• Deklination: -51:42:45.0
• Sternbild: Norma
• Entfernung: 8.000 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 1,9 Bogenminuten (4 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: MIRI
• Filter: F770W, F1500W, F2550W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist eine Zusammensetzung aus einzelnen Belichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem Instrument MIRI aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängenbereich abzudecken. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F770W, Grün: F770W+F1500W, Rot: F2550W

Über das Bild: Das Mittelinfrarotbild des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA zeigt erstmals vier gewundene Staubschalen um ein Paar Wolf-Rayet-Sterne, als Apep bekannt. Frühere Beobachtungen mit anderen Teleskopen zeigten nur eine. (Sehen Sie sich die 3D-Visualisierung des Systems an.)

Die Daten von Webb bestätigten in Verbindung mit Beobachtungen des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile, daß die beiden Wolf-Rayet-Sterne etwa alle 190 Jahre aneinander vorbeiziehen. Bei jedem Umlauf kommen sie sich 25 Jahre lang sehr nahe, und produzieren und speien dann amorphen Kohlenstoffstaub aus.

Webb’s neue Daten bestätigten auch, daß es in diesem System drei Sterne gibt, die gravitativ miteinander verbunden sind. Löcher werden von dem dritten Stern, einem massereichen Überriesen, in diese Hüllen „geschnitten”.

Wolf-Rayet-Sternsystem Apep (MIRI Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Apep, 2XMM J160050.7–514245
• Objektbeschreibung: Wolf-Rayet-Doppelstern
• Rektaszension: 16:00:50.5
• Deklination: -51:42:45.0
• Sternbild: Norma
• Entfernung: 8.000 Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 1,9 Bogenminuten (4 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: MIRI
• Filter: F770W, F1500W, F2550W
• Bild
• Farbinformation: Dieses Bild ist eine Zusammensetzung aus einzelnen Belichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem Instrument MIRI aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängenbereich abzudecken. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F770W, Grün: F770W+F1500W, Rot: F2550W

Über das Bild: Dieses vom MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James-Webb-Weltraumteleskop aufgenommene Bild des Wolf-Rayet-Doppelsterns Apep zeigt Kompasspfeile, Maßstab und Farblegende als Referenz.

Die Überlagerung eines Trichters zeigt, wo der dritte Stern im System Löcher durch den Staub geschnitten hat.

Die Kompasspfeile für 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 Verhältnis zu den Richtungspfeilen auf einer Karte der Erde (von oben gesehen) umgekehrt ist.

Die Skalenleiste ist in Lichtjahren angegeben, also der Entfernung, die das Licht in einem Erdjahr zurücklegt. (Das Licht benötigt ein Jahr, um eine Entfernung zurückzulegen, die der Länge der Skalenleiste entspricht.) Ein Lichtjahr entspricht ungefähr oder 9,46 Billionen Kilometern.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des mittleren Infrarotbereichs, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Die Farblegende zeigt, welche MIRI-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens entspricht der Farbe des sichtbaren Lichts, mit der das durch diesen Filter hindurchtretende Infrarotlicht dargestellt wird.

Visualisierung des Wolf-Rayet-Systems Apep

Diese wissenschaftliche Visualisierung modelliert anhand von Beobachtungen im mittleren Infrarotbereich durch das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, wie drei der vier Staubhüllen aussehen, die von zwei Wolf-Rayet-Sternen im Apep-System abgegeben werden. Apep setzt sich aus zwei Wolf-Rayet-Doppelsternen zusammen, die sich gemeinsam mit einem dritten Überriesen umkreisen. Während 25 Jahren jeder 190-jährigen Umlaufzeit kollidieren die Winde der Wolf-Rayet-Sterne und erzeugen und senden neue Wellen aus amorphem Kohlenstoffstaub aus. Die Breite der breitesten Blase beträgt mindestens 4,6 Lichtjahre.