Hubbles aktueller Blick auf den Krebsnebel

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Vor fast einem Jahrtausend beobachteten Astronomen einen strahlend hellen neuen Stern am Himmel – eine Supernova, die so hell war, dass sie wochenlang sogar am Tag sichtbar war. Heute entwickelt sich ihr Überrest, der Krebsnebel, in 6.500 Lichtjahren Entfernung weiter. Edwin Hubble brachte den Nebel erstmals mit historischen Aufzeichnungen in Verbindung. Seitdem wurde er vom NASA/ESA-Weltraumteleskop Hubble mit höchster Präzision untersucht. Nun hat das Teleskop diese uralte Explosion erneut beobachtet, um ihre anhaltende Ausdehnung und Entwicklung zu verfolgen.

Ein Vierteljahrhundert nach den ersten Beobachtungen des gesamten Krebsnebels hat das Hubble-Weltraumteleskop den Supernovaüberrest erneut untersucht. Der Krebsnebel ist der Nachhall der Supernova SN 1054 und befindet sich 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Stier. Das Ergebnis ist ein beispiellos detaillierter Einblick in die Nachwirkungen einer Supernova und deren Entwicklung während der langen Lebensdauer des Hubble-Teleskops. Ein Artikel, der die neuen Hubble-Beobachtungen detailliert beschreibt, wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht.

Messier 1 (HST) — Dieses neu bearbeitete Bild stammt aus Daten, die ursprünglich 1999 und 2000 vom Weltraumteleskop Hubble aufgenommen wurden. Dank verbesserter Bildverarbeitungstechnologie lässt sich dieses Archivbild optimal mit aktuelleren Daten vergleichen, darunter auch mit solchen, die Hubble selbst erfasst hat. Hubble erhielt 2009 ein neues Bildgebungsinstrument, die Wide Field Camera 3. – Credit: NASA, ESA, STScI, W. Blair (JHU). Image Processing: J. DePasquale (STScI)

Das Weltraumteleskop Hubble der NASA/ESA hat mit seiner Weitfeldkamera 3 die feinen Details des Krebsnebels eingefangen. Die Farben im Bild zeigen Hubbles Nachweis von Sauerstoff- und Schwefelgasen im Nebel mit unterschiedlichen Dichten und Energien. Die blauen Bereiche stellen die heißesten und die geringste Dichte dar. Während im Bild wenig Grün zu sehen ist, das auf dichten neutralen Sauerstoff hindeutet, ist der Gelbanteil recht hoch. Gelb erscheint dort, wo Grün und das Rot des angeregten Schwefels nahe beieinander liegen und eine ähnliche Helligkeit aufweisen. Der weiße Dunst im Zentrum des Krebsnebels ist Synchrotronstrahlung, die durch die Wechselwirkung des Magnetfelds des zentralen Pulsars mit dem Nebelmaterial des Krebsnebels entsteht. Diese Strahlung erhitzt die umgebenden Filamente und bringt sie zum Leuchten. Die Synchrotronstrahlung treibt auch die anhaltende Expansion des Nebels an und unterscheidet ihn so von anderen bekannten jungen Supernovaüberresten. Der Krebsnebel ist der erdnächste Supernovaüberrest dieser Art und daher für Astronomen, die mit dem Hubble-Teleskop seine Entwicklung in beispielloser Detailgenauigkeit untersuchen, von unschätzbarem Wert.

Der Supernova-Überrest wurde Mitte des 18. Jahrhunderts entdeckt, und in den 1950^er Jahren gehörte Edwin Hubble zu einer Gruppe von Astronomen, die den engen Zusammenhang zwischen chinesischen astronomischen Aufzeichnungen über eine Supernova und der Position des Krebsnebels feststellten. Die Entdeckung, dass das Zentrum des Krebsnebels einen Pulsar – einen schnell rotierenden Neutronenstern – enthielt, der die Ausdehnung des Nebels antrieb, brachte schließlich moderne Beobachtungen und alte Aufzeichnungen in Einklang.

In seinem neuen Bild des Nebels hat Hubble außergewöhnliche Details seiner filamentartigen Struktur sowie die beträchtliche Ausdehnung dieser Filamente über 25 Jahre hinweg mit einer Geschwindigkeit von 5,5 Millionen Kilometern pro Stunde eingefangen. Hubble ist das einzige Teleskop, das über die Kombination aus Langlebigkeit und Auflösung verfügt, um diese detaillierten Veränderungen zu erfassen.

Zum besseren Vergleich mit dem neuen Bild wurde Hubbles Aufnahme des Krebsnebels aus dem Jahr 1999 neu bearbeitet. Die Farbvariationen in beiden Hubble-Bildern zeigen eine Kombination aus Veränderungen der lokalen Temperatur und Dichte des Gases sowie seiner chemischen Zusammensetzung.

Das Wissenschaftlerteam hat festgestellt, dass sich die Filamente am Rand des Nebels stärker bewegt haben als jene im Zentrum und sich, anstatt sich im Laufe der Zeit auszudehnen, einfach nach außen verschoben haben. Dies liegt an der Beschaffenheit des Krebsnebels als Pulsarwindnebel, der durch Synchrotronstrahlung angetrieben wird. Diese Strahlung entsteht durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Pulsars und dem Material des Nebels. Bei anderen bekannten Supernovaüberresten wird die Expansion hingegen durch Stoßwellen der ursprünglichen Explosion verursacht, die umgebende Gashüllen erodieren, die der sterbende Stern zuvor abgestoßen hatte.

Die neuen, hochauflösenden Hubble-Beobachtungen liefern zusätzliche Einblicke in die dreidimensionale Struktur des Krebsnebels, die anhand zweidimensionaler Bilder nur schwer zu bestimmen ist. Die Schatten einiger Filamente sind auf dem Schleier aus Synchrotronstrahlung im Inneren des Nebels zu erkennen. Entgegen der Intuition zeigen einige der helleren Filamente auf den neuesten Hubble-Bildern keine Schatten, was darauf hindeutet, dass sie sich auf der Rückseite des Nebels befinden müssen.

Nach Angaben des Wissenschaftsteams liegt der wahre Wert der Hubble-Beobachtungen des Krebsnebels noch vor uns. Die Hubble-Daten können mit aktuellen Daten anderer Teleskope kombiniert werden, die den Krebsnebel in verschiedenen Wellenlängen des Lichts beobachten. Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA/ESA/CSA veröffentlichte 2024 seine Infrarot-Beobachtungen des Krebsnebels. Der Vergleich des Hubble-Bildes mit anderen zeitgenössischen Beobachtungen in mehreren Wellenlängen wird Wissenschaftlern helfen, ein vollständigeres Bild der anhaltenden Nachwirkungen der Supernova zu erstellen – Jahrhunderte, nachdem Astronomen zum ersten Mal über einen neuen kleinen Stern staunten, der am Himmel funkelte.