Der Krebsnebel ist ein nahegelegenes Beispiel für die Überreste, die ein Stern hinterlässt, wenn er bei einer Supernova-Explosion einen gewaltsamen Tod erleidet. Trotz jahrzehntelanger Forschung ist dieser Supernova-Überrest jedoch immer noch ein Rätsel: Welche Art von Stern war für die Entstehung des Krebsnebels verantwortlich und was war die Natur der Explosion? Das James-Webb-Weltraumteleskop von NASA/ESA/CSA hat eine neue Ansicht des Krebsnebels geliefert, einschließlich der bisher hochwertigsten Infrarotdaten, die Wissenschaftlern bei der Erforschung der detaillierten Struktur und chemischen Zusammensetzung des Überrests helfen. Diese Hinweise helfen dabei, die ungewöhnliche Art und Weise zu entschlüsseln, wie der Stern vor etwa 1000 Jahren explodierte.
Ein Forscherteam nutzte das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA, um die Zusammensetzung des Krebsnebels zu analysieren, eines Supernovaüberrests, der sich 6.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier befindet. Mit dem MIRI (Mid-Infrared Instrument) und der NIRCam (Near-Infrared Camera) des Teleskops sammelte das Team Daten, die dazu beitragen, die Geschichte des Krebsnebels aufzuklären.
Der Krebsnebel ist das Ergebnis einer Kernkollaps-Supernova, die den Tod eines massereichen Sterns darstellt. 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 und ein ausströmender Wind, der von einem Pulsar, einem schnell rotierenden und stark magnetisierten Neutronenstern, angetrieben wird.
Auch der Krebsnebel ist höchst ungewöhnlich. Seine atypische Zusammensetzung und die sehr geringe Explosionsenergie haben die Astronomen bisher zu der Annahme veranlasst, dass es sich um eine Elektroneneinfang-Supernova handelt – 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.
Frühere Forschungsarbeiten haben die gesamte kinetische Energie der Explosion anhand der Menge und Geschwindigkeit der heutigen Auswürfe berechnet. Die Astronomen schlossen daraus, dass die Explosion eine relativ niedrige Energie hatte (weniger als ein Zehntel der Energie einer normalen Supernova) und die Masse des Vorläufersterns im Bereich von acht bis zehn Sonnenmassen lag – also auf der schmalen Linie zwischen Sternen, die einen gewaltsamen Supernova-Tod erleben und solchen, bei denen dies nicht der Fall ist.
Es bestehen jedoch Unstimmigkeiten zwischen der Theorie der Elektroneneinfang-Supernova und den Beobachtungen des Zentralsterns im Krebsnebel, insbesondere der beobachteten schnellen Bewegung des Pulsars. In den letzten Jahren haben Astronomen auch ihr Verständnis von Supernovae mit Eisenkernkollaps verbessert und glauben nun, dass dieser Typ auch Explosionen mit niedriger Energie erzeugen kann, vorausgesetzt, die Sternmasse ist ausreichend gering.
Um den Grad der Unsicherheit hinsichtlich des Vorgängersterns des Krebsnebels und der Natur der Explosion zu verringern, nutzte das Wissenschaftsteam die spektroskopischen Fähigkeiten von Webb, um zwei Bereiche in den inneren Filamenten des Krebsnebels zu orten.
Theorien sagen voraus, dass aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung des Kerns in einer Supernova mit Elektroneneinfang 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 Krebsnebel 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 Infrarotfähigkeiten treibt nun die Forschung im Krebsnebel voran. Das Team nutzte die spektroskopischen Fähigkeiten von MIRI, um die Emissionslinien von Nickel und Eisen zu messen, was zu einer zuverlässigeren Schätzung des Ni/Fe-Häufigkeitsverhältnisses führte. Sie stellten fest, dass das Verhältnis im Vergleich zur Sonne immer noch erhöht war, aber nur geringfügig und im Vergleich zu früheren Schätzungen viel niedriger.
Die überarbeiteten Werte stimmen mit Elektroneneinfang überein, schließen aber eine Explosion mit Eisenkernkollaps von einem ähnlich massearmen Stern nicht aus. Es wird erwartet, dass Explosionen mit höherer Energie von Sternen mit höherer Masse Ni/Fe-Verhältnisse erzeugen, die näher an den solaren Häufigkeiten liegen. Um zwischen diesen beiden Möglichkeiten zu unterscheiden, sind weitere Beobachtungen und theoretische Arbeiten erforderlich.
Außer der Erfassung spektraler Daten aus zwei kleinen Bereichen im Inneren des Krebsnebels zur Messung des Häufigkeitsverhältnisses beobachtete das Teleskop auch die weitere Umgebung des Überrests, um Details der Synchrotronemission 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 abgerundetes Bild der Staubverteilung erstellen: Die äußersten Filamente enthalten relativ warmen Staub, während in der Nähe des Zentrums kühlere Körner vorherrschen.
Diese Ergebnisse wurden zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal Letters angenommen.
Die Beobachtungen wurden im Rahmen des Webb General Observer-Programms 1714 durchgeführt.
ESA/Hubble/Webb Information Centre
Hintergrundinformationen
Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals in den Weltraum gebracht wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst des Teleskops mit der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifikation der Ariane-5-Adaptionen für die Webb-Mission und für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den Arbeitsspektrographen NIRSpec und 50% des Mittelinfrarotinstruments MIRI zur Verfügung, das von einem Konsortium national finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit JPL und der University of Arizona entworfen und gebaut wurde.
Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen NASA, ESA und der Canadian Space Agency (CSA).
Links
- Wissenschaftliches Paper
- Veröffentlichung auf der STScI-Website
- Veröffentlichung auf der NASA-Website
Link zur Pressemitteilung: ESA/Hubble/Webb weic2417