Cepheiden – Weltraumbild des Tages

2. Oktober 20242. Oktober 2024

Die Große Magellansche Wolke

Bildcredit und Bildrechte: Ireneusz Nowak; Text: Natalia Lewandowska (SUNY Oswego)

Sie ist die größte Begleitgalaxie unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße. Wenn ihr im Süden lebt, ist die Große Magellanische Wolke (GMW) ziemlich auffällig. Sie leuchtet im südlichen Sternbild Schwertfisch (Dorado). Am Nachthimmel ist sie etwa 10 Grad breit, also 20-mal größer als der Vollmond.

Die GMW ist nur etwa 160.000 Lichtjahre entfernt. Wir sehen viele Details der Struktur in der GMW, zum Beispiel einen Zentralbalken und einen einzelnen Spiralarm. Die GMW enthält zahlreiche Sternbildungsgebiete, in denen neue Sterne entstehen. Diese leuchten auf diesem Bild rosarot.

In der GMW befindet sich der Tarantelnebel. Er ist die derzeit aktivste Sternbildungsregion in der ganzen Lokalen Gruppe. Die Lokale Gruppe ist eine kleine Ansammlung naher Galaxien. Die massereichsten Galaxien darin sind Andromeda und die Milchstraße.

Henrietta Swan Leavitt untersuchte die GMW und die Kleinen Magellanschen Wolke (KMW). Das führte zur Entdeckung der Beziehung zwischen Periode und Leuchtkraft veränderlicher Sterne, die als Cepheiden bezeichnet werden. Cepheiden helfen bei der Bestimmung von Distanzen im nahen Universum.

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11. April 202324. April 2023

Der von Staub umgebene Polarstern

Das Bild ist voller bräunlicher Nebelfetzen, in der Mitte leuchtet der helle Polarstern.

Bildcredit und Bildrechte: Javier Zayaz

Warum wird Polaris, der Polarstern, als Nordstern bezeichnet? Das hat folgenden Grund: Der Polarstern ist der hellste Stern in der Nähe der nördlichen Rotationsachse der Erde. Daher kreisen alle Sterne scheinbar um Polaris, der selbst immer in derselben nördlichen Richtung zu sehen ist – das macht ihn zum Nordstern. Derzeit gibt es in der Nähe der südlichen Rotationsachse der Erde keinen hellen Stern und somit auch keinen hellen Südstern.

Vor Tausenden Jahren zeigte die Erdrotationsachse in eine andere Richtung. Damals war die Wega der Nordstern. Polaris ist zwar nicht der hellste Stern am Himmel, trotzdem ist er leicht zu finden, weil er fast in einer Linie mit den beiden hinteren Sternen am Kasten des Großen Wagens liegt.

Polaris leuchtet mitten in diesem acht Grad breiten Bild. Es ist ein Digitalkomposit aus Hunderten Aufnahmen und zeigt das zarte Gas und den Staub des Integrierten Flussnebels (IFN) im ganzen Bild sowie links den Kugelsternhaufen NGC 188. Die Oberfläche des Cepheiden Polaris pulsiert langsam. Dadurch ändert der berühmte Stern im Laufe einiger Tage geringfügig seine Helligkeit um wenige Prozent.

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28. April 202128. April 2021

Polaris und der umgebende Staub

Bildcredit und Bildrechte: Bray Falls

Beschreibung: Warum wird Polaris der Nordstern genannt? Weil Polaris der nächstgelegene helle Stern in Richtung der nördlichen Rotationsachse der Erde ist. Weil die Erde rotiert, scheinen alle Sterne um Polaris zu rotieren, doch Polaris selbst steht immer in derselben nördlichen Richtung – das macht ihn zum Nordstern.

In der Nähe der südlichen Rotationsachse der Erde gibt es derzeit keinen hellen Stern und somit keinen Südstern. Vor Tausenden Jahren zeigte die Rotationsachse der Erde in eine leicht andere Richtung, sodass Wega der Nordstern war. Polaris ist zwar nicht der hellste Stern am Himmel, ist aber leicht zu finden, weil er fast genau an zwei Sternen im Kasten des Großen Wagens ausgerichtet ist.

Polaris steht fast in der Mitte dieses acht Grad großen Bildes, das digital bearbeitet wurde, um die umgebenden schwachen Sterne abzublenden und das blasse Gas und den Staub des Integrierten Flussnebels (IFN) hervorzuheben. Die Oberfläche des Cepheiden Polaris pulsiert langsam, weshalb sich seine Helligkeit im Laufe einiger Tage langsam um wenige Prozent ändert.

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17. Mai 201919. November 2019

RS Puppis

Bildcredit und Bildrechte: Bilddaten: NASA, ESA, Hubble Legacy Archive; Bearbeitung und Bildrechte: Rogelio Bernal Andreo (DeepSkyColors.com)

Beschreibung: Der pulsierende RS Puppis (der hellste Stern in der Bildmitte) ist zigfach massereicher als unsere Sonne und durchschnittlich 15.000 Mal leuchtstärker. RS Pup ist ein Cepheid – ein veränderlicher Stern einer Sternklasse, deren Helligkeit hilft, die Entfernung zu nahen Galaxien abzuschätzen. Das ist einer der ersten Schritte bei der Etablierung einer kosmischen Entfernungsskala.

RS Pup pulsiert mit einer Periode von etwa 40 Tagen, seine regelmäßigen Helligkeitsänderungen sind zeitverzögert im umgebenden Nebel zu erkennen, quasi als Lichteecho. Die Vermessung der Zeitverzögerung und der Winkelgröße des Nebels erlaubt Astronominnen, anhand der bekannten Lichtgeschwindigkeit die Entfernung zu RS Pup geometrisch zu ermitteln – sie beträgt 6500 Lichtjahre, mit einer bemerkenswert geringen Toleranz von plus oder minus 90 Lichtjahren.

Die per Echo vermessene Entfernung ist eine eindrucksvolle Leistung der Stellarastronomie, sie ermöglicht auch eine genauere Feststellung der tatsächlichen Helligkeit von RS Pup, und durch Übertragung auf weitere Cepheiden außerdem eine verbesserte Entfernungsschätzung zu Galaxien jenseits der Milchstraße.

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15. Mai 201919. November 2019

Die blutarme Spirale NGC 4921 von Hubble

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Bearbeitung und Bildrechte: Kem Cook (LLNL) & Leo Shatz

Beschreibung: Wie weit ist die Spiralgalaxie NGC 4921 entfernt? Das zu wissen ist überraschend wichtig. Ihre Entfernung wird derzeit auf etwa 300 Millionen Lichtjahre geschätzt. Doch eine präzisere Entfernungsbestimmung, gepaart mit ihrer bekannten Fluchtgeschwindigkeit, könnte der Menschheit helfen, die Expansionsgeschwindigkeit des gesamten sichtbaren Universums besser zu kalibrieren.

Um dieses Ziel zu erreichen, fotografierte das Weltraumteleskop Hubble mehrere Bilder, um stellare Schlüssel-Entfernungsmarker zu finden, die als Cepheiden–Veränderliche bekannt sind. Da NGC 4921 zum Coma-Galaxienhaufen gehört, ermöglicht eine präzisere Bestimmung seiner Entfernung auch eine bessere Entfernungsangabe zu einem der größten nahen Haufen im lokalen Universum.

Die prächtige Spirale NGC 4921 wird – wegen ihrer niedrigen Rate an Sternbildung und ihrer geringen Oberflächenhelligkeit – informell als anämisch bezeichnet. Auf diesem Bild sieht man – von der Mitte aus – einen hellen Kern, einen hellen Zentralbalken, einen markanten Ring aus dunklem Staub, blaue Haufen aus kürzlich entstandenen Sternen, mehrere kleinere Begleitgalaxien sowie dahinter liegende Galaxien im fernen Universum und Sterne, die in unserer Galaxis liegen und in keinem Zusammenhang mit der Galaxie stehen.

APOD in anderen Sprachen: arabisch, chinesisch (Peking), chinesisch (Taiwan), deutsch, französisch, französisch, hebräisch, indonesisch, japanisch, katalanisch, koreanisch, kroatisch, montenegrinisch, niederländisch, polnisch, russisch, serbisch, slowenisch, spanisch, tschechisch und ukrainisch

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21. Februar 201919. November 2019

Reflexionen auf vdB 9

Bildcredit und Bildrechte: Guenter Kerschhuber

Beschreibung: Mitten in einem gut komponierten himmlischen Stillleben liegt der hübsche blaue vdB 9. Er ist das 9. Objekt in Sidney van den Berghs Katalog der Reflexionsnebel aus dem Jahr 1966. Es teilt sich dieses Teleskopsichtfeld, das ungefähr doppelt so groß ist wie ein Vollmond am Himmel, mit Sternen und dunklen, undurchsichtigen Staubwolken im nördlichen Sternbild Kassiopeia.

Der kosmische Staub reflektiert bevorzugt das blaue Sternenlicht des eingebetteten heißen Sterns SU Cassiopeiae, was vdB 9 den charakteristischen bläulichen Farbton eines klassischen Reflexionsnebels verleiht. SU Cas ist ein veränderlicher Stern der Gruppe der Cepheiden. Sogar dann, wenn er am hellsten leuchtet, ist er etwas zu blass, um ihn mit bloßem Auge zu sehen. Cepheiden spielen immer noch eine wichtige Rolle bei der Bestimmung von Entfernungen in unserer Galaxie und außerhalb.

In der gut bekannten Entfernung des Sterns von 1540 Lichtjahren wäre diese kosmische Leinwand ungefähr 24 Lichtjahre groß.

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29. August 201814. November 2023

Der nahe veränderliche Cepheid RS Pup

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble Heritage Team; Danksagung: Howard Bond (STScI und Penn State U.)

Beschreibung: In der Mitte befindet sich einer der wichtigsten Sterne am Himmel, teils, weil er zufällig von einem eindrucksvollen Reflexionsnebel umgeben ist. Der pulsierende RS Puppis, der hellste Stern in der Bildmitte, besitzt vermutlich zehnmal mehr Masse und leuchtet durchschnittlich 15.000 Mal heller als unsere Sonne.

RS Pup ist ein veränderlicher Stern vom Typ der Cepheiden, das ist eine Klasse von Sternen, anhand deren Helligkeit man die Entfernung naher Galaxien bestimmen kann – ein erster Schritt zur Etablierung einer kosmischen Entfernungsskala. Da RS Pup mit einer Periode von etwa 40 Tagen pulsiert, sind seine regelmäßigen Helligkeitsschwankungen mit einer Zeitverzögerung auch im Nebel sichtbar, quasi als Lichtecho. Durch Messung der Zeitverzögerung und der Winkelgröße des Nebels, und weil die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist, können Astronomen mithilfe der Geometrie die Entfernung zu RS Pup auf 6500 Lichtjahre festsetzen, mit einer bemerkenswert kleinen Abweichung von ±90 Lichtjahren.

Die anhand des Echos ermittelte Entfernung ist eine eindrucksvolle Leistung der Stellarastronomie, damit lässt sich auch die absolute Helligkeit von RS Pup genauer bestimmen, und somit auch die absolute Helligkeit anderer Cepheiden, was die Kenntnis der Entfernungen zu Galaxien außerhalb der Milchstraße verbessert.

Dieses Bild wurde mit dem Weltraumteleskop Hubble fotografiert.

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6. Juni 201612. November 2023

Supernova und Cepheiden der Spiralgalaxie UGC 9391

Bildcredit: NASA, ESA und A. Riess (STScI/JHU) et al.

Beschreibung: Was kann diese Galaxie uns über die Wachstumsrate des Universums sagen? Vielleicht eine Menge, weil UGC 9391 – hier gezeigt – nicht nur veränderliche Sterne vom Typ der Cepheiden (rote Kreise) enthält, sondern auch eine aktuelle Typ-Ia-Supernova (blaues X).

Beide Objektarten haben eine Standardhelligkeit; die Cepheiden sind meist relativ nahe, während Supernovae viel weiter entfernt zu beobachten sind. Daher ist diese Spirale bedeutsam, weil sie eine Kalibrierung zwischen den nahen und fernen Teilen unseres Universums ermöglicht. Unverhofft stützte eine aktuelle Untersuchung neuer Hubbledaten von UGC 9391 und mehreren ähnlichen Galaxien frühere Hinweise, dass Cepheiden und Supernovae mit dem Universum etwas schneller expandieren, als aufgrund von Expansionsmessungen im frühen Universum erwartet wurde. Angesichts vieler Erfolge des kosmologischen Standardmodells, welches die Entwicklung des frühen Universums beschreibt, suchen Astrophysiker nun eifrig nach möglichen Gründen für diese Diskrepanz.

Mögliche Erklärungen reichen von Sensationen, etwa der Einbeziehung ungewöhnlicher kosmologischer Bestandteile wie Phantomenergie und Dunkler Strahlung, bis zu banalen, etwa statistischen Zufällen und unterschätzten Quellen systematischer Irrtümer. Zahlreiche künftige Beobachtungen sind geplant, um das Rätsel zu lösen.

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