Schlagwort: Chandra

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Keplers Supernovaüberrest im Röntgenlicht

Mitten im Bild strahlt eine blau-türkis-violette Wolke. Sie entstand an der Stelle, wo Kepler vor etwa 400 Jahren eine Supernova beobachtete.

Bildcredit: Röntgenstrahlen: NASA/CXC/NCSU/M. Burkey et al.; sichtbares Licht: DSS

Wie entstand dieses Chaos? Ein Stern explodierte. Dabei entstand dieser ungewöhnlich geformte Nebel. Dieser ist Keplers Supernovaüberrest. Zu welcher Art Sterne gehörte er?

Bei einer Sternexplosion entstand diese energiereiche kosmische Wolke. Das Licht der Explosion war erstmals im Oktober 1604 auf dem Planeten Erde zu sehen. Das war vor etwa vierhundert Jahren. Die Supernova leuchtete am Himmel des frühen 17. Jahrhunderts im Sternbild Schlangenträger. Der helle neue Stern wurde vom Astronomen Johannes Kepler und seinen Zeitgenossen beobachtet. Sie suchten nach einer Erklärung für die himmlische Erscheinung. Damals gab es keine Unterstützung von Teleskopen.

Im frühen 21. Jahrhunderts wird die sich ausdehnende Trümmerwolke weiterhin untersucht. Forschende haben ein neues Verständnis der Sternentwicklung. Außerdem helfen ihnen Weltraumteleskope. Damit beobachten sie Keplers Supernovaüberrest im gesamten Spektrum.

Aktuelle Röntgendaten und Bilder des Kepler-Supernovaüberrestes wurden mit dem Röntgenobservatorium Chandra im Erdorbit aufgenommen. Diese Daten zeigen eine Häufigkeit der Elemente, die für eine Typ-Ia-Supernova sprechen. Somit war der Erzeuger ein weißer Zwergstern. Er explodierte, weil er zu viel Materie von einem begleitenden Roten Riesen aufnahm. Dabei überschritt er die Chandrasekhar-Grenze.

Die Kepler-Supernova ist etwa 13.000 Lichtjahre entfernt. Sie ist jüngste Sternexplosion in der Milchstraße.

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Röntgenstrahlen des Supernovaüberrestes SN 1006

Bildfüllend ist ein rotes, rundes Objekt dargestellt. Es erinnert an eine Quaste aus Wolle und ist am Rand von einer schimmernden Oberfläche überzogen.

Bildcredit: NASA/CXC/P. Frank Winkler (Middlebury-College)

Es sieht wie ein Bovist aus. Doch es ist der Überrest einer der sicherlich hellsten Supernovae der Geschichte. 1006 n. Chr. wurde sie als Aufhellung am Nachthimmel über Regionen beschrieben, die nun als China, Ägypten, Irak, Italien, Japan und die Schweiz bekannt sind.

Die sich ausdehnende Trümmerwolke im südlichen Sternbild Wolf (Lupus) stammt von der Explosion. Sie bietet immer noch ein kosmisches Spektakel im gesamten elektromagnetischen Spektrum.

Dieses Bild entstand aus Aufnahmen in drei Farben des Röntgenlichts. Sie wurden mit dem Röntgenobservatorium Chandra im Orbit aufgenommen. Die Trümmerwolke ist als Supernovaüberrest SN 1006 bekannt. Sie ist etwa 60 Lichtjahre groß und besteht aus den Überresten eines Weißen Zwergsterns.

Der kompakte weiße Zwerg war Teil eines Doppelsternsystems. Er sammelte nach und nach Materie seines Begleitsterns an. Der Materiezuwachs löste schließlich eine thermonukleare Explosion aus, die den Zwergstern zerstörte.

Die Entfernung zum Supernovaüberrest beträgt etwa 7000 Lichtjahre. Somit fand diese Explosion tatsächlich 7000 Jahre vor der Ankunft des Lichts 1006 bei der Erde statt. Stoßwellen im Überrest beschleunigen Teilchen auf extreme Energien. Sie gelten als Quelle der rätselhaften kosmischen Strahlen.

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NGC 922: Kollision einer Ringgalaxie

Die Galaxie NGC 922 besitzt viele rötlich leuchtende Sternbildungsregionen, sie sind auf diesem Bild wie ein Bogen angeordnet und erinnern an Wellen in einem Teich, wenn ein Stein ins Wasser fällt.

Bildcredit: NASA, ESA; Danksagung: Nick Rose

Warum enthält diese Galaxie so viele große Schwarze Löcher? Das ist nicht bekannt. Sicher ist, dass NGC 922 eine Ringgalaxie ist, die vor etwa 300 Millionen Jahren durch die Kollision einer großen und einer kleinen Galaxie entstand.

Wenn ein Stein in einen Teich fällt, schlägt er kreisförmige Wellen. Auf ähnliche Weise liefen bei der urzeitlichen Kollision Wellen aus stark verdichtetem Gas vom Einschlagspunkt in der Mitte aus. Teilweise wurden diese Wellen zu Sternen verdichtet.

Oben wurde NGC 922 mit dem Weltraumteleskop Hubble abgebildet. Der komplexe Ring verläuft links. Aufnahmen von NGC 922 mit dem Röntgenobservatorium Chandra zeigen im Röntgenlicht mehrere leuchtende Knoten, es sind wahrscheinlich große Schwarze Löcher.

Die hohe Anzahl massereicher Schwarzer Löcher war etwas überraschend, denn die Gase in NGC 922 enthalten viele schwere Elemente. Das hätte die Entstehung von so massereichen Objekten verhindern sollen. Die Forschung wird sicherlich fortgesetzt.

NGC 922 ist etwa 75.000 Lichtjahre groß und ungefähr 150 Millionen Lichtjahre entfernt. Mit einem kleinen Teleskop sieht man die Galaxie im Sternbild Chemischer Ofen (Fornax) zu sehen.

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Das Feuerrad M101 im 21. Jahrhundert

Die Spiralgalaxie im Bild wirkt zerfleddert. Ihre Spiralarme sind stark ausgeprägt und wirken zum Rand hin hinausgeschleudert. Sie besitzen viele rötliche Sternbildungsregionen und bläuliche Sternhaufen.

Bildcredit: NASA, ESA, CXC, JPL, Caltech STScI

Einer der letzten Einträge in Charles Messiers berühmtem Katalog ist die große, schöne Spiralgalaxie M101. Doch sie ist sicherlich nicht die unscheinbarste. Ihr Durchmesser beträgt etwa 170.000 Lichtjahre. Damit ist diese Galaxie gewaltig. Sie ist fast doppelt so groß wie unsere Milchstraße.

M101 war einer der ersten Spiralnebel, die Lord Rosse 19. Jahrhundert mit seinem riesigen Teleskop, dem Leviathan von Parsontown, beobachtete. Dieses Bild zeigt eines der größten Inseluniversen in mehreren Wellenlängen. Das Komposit ist ein starker Kontrast zu den Zeichnungen. Es entstand aus Bildern, die im 21. Jahrhundert mit Weltraumteleskopen aufgenommen wurden.

Die Bilddaten von Röntgenstrahlen bis Infrarotwellenlängen (von hohen zu niedrigen Energien) wurden farblich codiert. Sie stammen vom Röntgenobservatorium Chandra (violett), dem Galaxy Evolution Explorer (blau), dem Weltraumteleskop Hubble (gelb) und dem Weltraumteleskop Spitzer (rot).

Röntgen-Daten zeigen Gas, das mehrere Millionen Grad heiß ist. Man findet es bei explodierten Sternen sowie bei Neutronensternen und Doppelsternsystemen mit Schwarzen Löchern in M101. Bilddaten, die geringere Energien abbilden, zeigen Sterne und Staub in den prachtvollen Spiralarmen von M101.

M101 ist auch als Feuerradgalaxie bekannt. Sie liegt im nördlichen Sternbild Ursa Major und ist etwa 25 Millionen Lichtjahre entfernt.

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Der Fall des fehlenden Supernovabegleiters

Der Nebel füllt fast das ganze Bild. Außen ist ein roter Ring, der an eine Seifenblase erinnert, innen sind einige grün schimmernde Nebelflecke. Das Bild ist voller weißer Sterne.

Bildcredit: Röntgenstrahlung: NASA/CXC/SAO/J. Hughes et al., sichtbares Licht: NASA/ESA/Hubble-Vermächtnisteam (STScI /AURA)

Wo ist der andere Stern? Mitten in diesem Supernovaüberrest sollte der Begleiter des explodierten Sterns sein. Diesen Stern zu entdecken ist wichtig, um zu verstehen, wie Typ-Ia-Supernovae explodieren. Das könnte zu einem besseren Verständnis führen, warum die Helligkeit so einer Explosion so vorhersagbar ist. Das ist wiederum der Schlüssel zur Kalibrierung der Entfernungen im gesamten Universum.

Die Schwierigkeit ist, dass auch bei sorgfältiger Untersuchung des Zentrums von SNR 0509-67.5 kein Stern entdeckt wurde. Das lässt vermuten, dass der Begleiter sehr schwach leuchtet – viel schwächer als viele der hellen Riesensterne, die frühere Kandidaten waren. Vermutlich ist der Begleitstern ein blasser weißer Zwerg, ähnlich wie der Stern, der explodierte, aber mit viel mehr Masse.

SNR 0509-67.5 ist oben im sichtbaren Licht und Röntgenlicht abgebildet. Die rot leuchtenden Teile wurden vom Weltraumteleskop Hubble fotografiert, Röntgenlicht wurde in Falschfarbengrün dargestellt und vom Röntgenobservatorium Chandra aufgenommen. Wenn ihr den Mauspfeil über das Bild schiebt, wird die Region markiert, wo sich der fehlende Begleitstern befinden müsste.

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RCW 86: Historischer Supernova-Überrest

Im Hintergrund leuchten rote Nebel, links oben ist ein schmaler, rechts unten ein kürzerer breiterer bogenförmiger grün leuchtender Nebel.

Bildcredit: Röntgen: XMM-Newton, Chandra / Infrarot: WISE, Spitzer

Im Jahr 185 n. Chr. verzeichneten chinesische Astronomen die Erscheinung eines Sterns in der Nanman-Sterngruppe. Dieser Teil des Himmels liegt auf modernen Sternkarten bei Alpha und Beta Centauri. Der neue Stern war monatelang sichtbar. Es ist vermutlich die erste Supernova der Geschichtsschreibung.

Dieses Kompositbild wurde in mehreren Wellenlängen erstellt. Es entstand mit Weltraumteleskopen des 21. Jahrhunderts. Die Röntgenteleskope XMM-Newton und Chandra sowie die Infrarotteleskope Spitzer und WISE zeigen den Supernovaüberrest RCW 86. Er wird als Überrest dieser Sternexplosion verstanden.

Das interstellare Gas auf der Falschfarbenansicht wird von der Stoßfront der expandierenden Supernova in Röntgenenergien (blau und grün) aufgeheizt. Interstellarer Staub mit kühleren Temperaturen leuchtet in infrarotem Licht (gelb und rot).

Der Überrest enthält große Mengen an Element Eisen, außerdem fehlt ein Neutronenstern oder Pulsar. Das lässt vermuten, dass die Supernova vom Typ Ia war. Typ Ia-Supernovae sind thermonukleare Explosionen, die weiße Zwergsterne zerstören, wenn diese in einem Doppelsternsystem Materie von einem Begleiter ansammeln.

Die Hülle strahlt Röntgenlicht ab. Die Stoßgeschwindigkeiten, die in der Hülle gemessen wurden, und die Infrarot-Temperaturen des Staubs lassen vermuten, dass sich der Überrest extrem schnell in einer Blase mit sehr geringer Dichte ausdehnt. Die Blase wurde vor der Explosion vom System des weißen Zwergs erzeugt.

RCW 86 liegt in der Nähe der Ebene unserer Milchstraße. Er ist etwa 8200 Lichtjahre entfernt und hat einen Radius von ungefähr 50 Lichtjahren.

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Auskühlender Neutronenstern

Das Bild zeigt eine Nebelwolke in weißgrün, blau uns violett. Rechts unten ist ein Einschub eines rot-orangefarbenen Neutronensterns, der von Strahlen umgeben ist. Rechts oben ist ein dreieckiges Stück aus dem Neutronenstern herausgeschnitten.

Credit: Röntgenstrahlung: NASA / CXC / UNAM / Ioffe / D.Page, P.Shternin et al; Sichtbares Licht: NASA / STScI; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss)

Beschreibung: Der Supernovaüberrest Cassiopeia A (Cas A) ist behagliche 11.000 Lichtjahre entfernt. Eine Supernova ist die Todesexplosion eines massereichen Sterns. Das Licht von Cas A erreichte die Erde erstmals vor nur 330 Jahren. Die sich ausdehnende Trümmerwolke ist auf diesem Kompositbild im Röntgenlicht und im optischen Spektrum etwa 15 Lichtjahre groß. Die helle Quelle nahe der Mitte (eingefügte Illustration) ist ein Neutronenstern, das ist der unglaublich dichte, kollabierte Überrest des stellaren Kerns.

Der Neutronenstern Cas A ist immer noch heiß genug, um Röntgenlicht abzustrahlen, kühlt aber aus. Beobachtungen mit dem Röntgen-Weltraumteleskop Chandra zeigten in einem Zeitraum von 10 Jahren, dass der Neutronenstern rasch auskühlt – so schnell, dass Forschende vermuten, dass ein großer Teil im Kern des Neutronensterns eine reibungsfreie Neutronensuperfluidität erzeugt. Die Ergebnisse von Chandra sind der erste empirische Hinweis auf diesen exotischen Materiezustand.

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GRO J1655-40: Hinweis auf ein rotierendes schwarzes Loch

Ein rot-schwarzer Strudel führt hinab zu einem weißen, hellen Kern, aus dem ein Strahl nach oben strömt.

Credit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Mitten in einem Strudel aus heißem Gas steckt wahrscheinlich ein Ungeheuer, das noch nie direkt gesehen wurde: ein schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichtes, das von dem wirbelnden Gas ausgeht, weisen häufig nicht nur auf ein schwarzes Loch hin, sondern auch auf dessen wahrscheinliche Eigenschaften.

Das Gas zum Beispiel, das GRO J1655-40 umgibt, weist ein ungewöhnliches Flackern mit einer Frequenz von 450 Mal pro Sekunde auf. Bei einer vorherigen Masse des Zentralobjektes von schätzungsweise sieben Sonnenmassen kann die Frequenz des schnellen Flackerns durch ein schwarzes Loch erklärt werden, das sehr schnell rotiert.

Welche physikalischen Wirkmechanismen das Flackern sowie eine langsamere, quasi-periodische Schwingung (QPO) in Akkretionsscheiben schlussendlich verursachen, ist noch nicht bekannt – Schwarze Löcher und Neutronensterne werden weiterhin erforscht.

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