Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat die Expansion des Krebsnebels \u00fcber ein Vierteljahrhundert dokumentiert, indem Beobachtungen aus dem Jahr 1999 mit neuen Daten verglichen wurden, die mit einer aufger\u00fcsteten Kamera gewonnen wurden. Die resultierende Analyse misst, dass die \u00e4u\u00dferen R\u00e4nder des Nebels mit etwa 3,4 Millionen Meilen pro Stunde nach au\u00dfen rasen und liefert das bisher sch\u00e4rfste Zeitrafferbild eines sich bewegenden Supernova-\u00dcberrests. Unter Leitung von William Blair von der Johns Hopkins University gibt die Studie Astronomen eine seltene Gelegenheit, das Nachspiel einer kosmischen Explosion nahezu in Echtzeit zu beobachten, und baut auf fr\u00fcheren Arbeiten auf, die den Krebs erstmals als Archetyp f\u00fcr pulsarbetriebene \u00dcberreste etablierten.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Vor fast einem Jahrtausend beobachteten Astronomen in Asien und dem Nahen Osten einen hellen neuen Stern, der 1054 aufleuchtete, eine Supernova, die so hell war, dass sie am Tag sichtbar<\/a> war. Was sie sahen, war der Tod eines massereichen Sterns; das Tr\u00fcmmerfeld, das daraus hervorging, nennen wir heute den Krebsnebel, eine sich ausdehnende Gas- und Staubwolke von rund 12 Lichtjahren<\/a> Ausdehnung im Sternbild Stier. Anders als viele Supernova-\u00dcberreste, die relativ saubere Schalen bilden, wird der Krebs von innen durch einen schnell rotierenden Neutronenstern, einen Pulsar, angetrieben, dessen energiereicher Wind den Nebel in ein verwobenes Netz aus Filamenten formt. Dieser innere Motor macht die Verfolgung seiner Expansion wissenschaftlich besonders ergiebig: Der Nebel treibt nicht einfach nur vom alten Explosionsereignis weg, sondern wird durch anhaltende Energiezufuhr aktiv geformt.<\/p>\n Moderne Instrumente haben den mittelalterlichen \u201eGaststern“ in ein Labor f\u00fcr Hochenergie-Astrophysik verwandelt. Der im Zentrum liegende Pulsar rotiert dutzende Male pro Sekunde und treibt einen magnetisierten Ausfluss, der auf langsameres Ejekta prallt. Diese Wechselwirkung erzeugt helle Synchrotron-Emission und knotige Filamente, die sich auf f\u00fcr Menschen zug\u00e4nglichen Zeitskalen ver\u00e4ndern. Durch den Vergleich von Bildern, die Jahrzehnte auseinanderliegen, k\u00f6nnen Astronomen direkt messen, wie weit sich einzelne Gasklumpen bewegt haben, und machen so den Himmel zu einer Art kosmischer Stoppuhr.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n Die Basislinie f\u00fcr den neuen Vergleich reicht bis Ende 1999 und Anfang 2000 zur\u00fcck, als Hubbles Wide Field and Planetary Camera 2, bekannt als WFPC2, 24 einzelne Aufnahmen<\/a> machte, die im Oktober 1999, Januar 2000 und Dezember 2000 entstanden. Diese Frames wurden zu einem ikonischen Mosaik zusammengesetzt, das zu einem der bekanntesten Bilder Hubbles wurde und sp\u00e4ter zu einem verfeinerten vollfl\u00e4chigen Portr\u00e4t<\/a> des Nebels nachverarbeitet wurde. F\u00fcr die neue Epoche kehrte das Teleskop im Rahmen eines Beobachtungsprogramms in HST-Zyklus 31 zum Krebs zur\u00fcck, diesmal mit der Wide Field Camera 3 (WFC3), die WFPC2 w\u00e4hrend einer Service-Mission ersetzt hatte. Das Team w\u00e4hlte Filter, die mit denen des urspr\u00fcnglichen Mosaiks vergleichbar sind, was einen direkten Pixel-zu-Pixel-Vergleich \u00fcber das rund 25-j\u00e4hrige Intervall erlaubt.<\/p>\n Diese lange Basislinie verleiht der Messung ihre Aussagekraft. Selbst kleine Winkelverschiebungen werden erkennbar, wenn man Jahrzehnte zwischen den Aufnahmen wartet, und die scharfe Aufl\u00f6sung Hubbles erlaubt es, einzelne Filamente mit hoher Pr\u00e4zision zu verfolgen. Der Preprint, der die Studie beschreibt<\/a>, stellt fest, dass die Eigenbewegungen der \u00e4u\u00dferen Filamente ungef\u00e4hr 0,3 Bogensekunden pro Jahr oder mehr erreichen. Auf die Entfernung des Krebsnebels \u00fcbersetzt, bedeuten diese winzigen Winkelverschiebungen die eingangs genannte Geschwindigkeit von 3,4 Millionen Meilen pro Stunde \u2014 ein Wert, der widerspiegelt, wie heftig der \u00dcberrest noch fast tausend Jahre nach der urspr\u00fcnglichen Explosion expandiert. Das Missionsteam der NASA betont in seiner Zusammenfassung der neuen Beobachtungen<\/a>, dass dies die detaillierteste Messung des globalen Expansionsmusters des Nebels bisher ist.<\/p>\n Um diese Bewegungen zu extrahieren, richteten die Forscher das alte und das neue Mosaik mithilfe von Hintergrundsternen als Referenzpunkte aus und ma\u00dfen dann, wie weit sich helle Gas-Knoten zwischen den Epochen verschoben hatten. Da der Krebs so komplex ist, analysierte das Team Bewegungen in verschiedenen Bereichen des Nebels, statt von einer einheitlichen Expansion auszugehen. Das Ergebnis ist eine detaillierte Geschwindigkeitskarte, die subtile Unterschiede darin offenbart, wie schnell verschiedene Strukturen nach au\u00dfen rasen.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n Eine einfache Explosion w\u00fcrde einen \u00dcberrest erzeugen, der im Laufe der Zeit abbremst, w\u00e4hrend er umgebendes Material aufnimmt. Der Krebs verh\u00e4lt sich nicht so. Seine Expansion ist nicht gleichm\u00e4\u00dfig: Verschiedene Regionen bewegen sich mit unterschiedlichen Raten, und einige Filamente scheinen sich eher zu beschleunigen als zu verlangsamen. Unabh\u00e4ngige bodengebundene Arbeiten st\u00fctzen dieses Bild: Eine separate Analyse mit dem Canada-France-Hawaii Telescope ma\u00df 19.974 Eigenbewegungsvektoren<\/a> in Bildaufnahmen der Jahre 2007, 2016 und 2019 und best\u00e4tigte, dass das Expansionsfeld ungleichm\u00e4\u00dfig ist und dass sich Teile des Nebels beschleunigen.<\/p>\n Diese Beschleunigung ist schwer zu erkl\u00e4ren, ohne den zentralen Pulsar ins Spiel zu bringen. Der rotierende Neutronenstern pumpt Energie in den Nebel durch einen relativistischen Wind geladener Teilchen. Wo dieser Wind mit den umgebenden Filamenten wechselwirkt, kann er Material schneller nach au\u00dfen dr\u00fccken, als es die urspr\u00fcngliche Supernova-Explosion allein vorhergesagt h\u00e4tte. Jeff Hesters einflussreiche \u00dcbersicht \u00fcber den Krebs, ver\u00f6ffentlicht in der Annual Review of Astronomy and Astrophysics<\/a>, beschrieb das System als grundlegend anders als schalenf\u00f6rmige \u00dcberreste, gerade weil die Pulsarwind-Nebel im Inneren die Struktur kontinuierlich umgestaltet. Die neuen Hubble-Daten f\u00fcgen diesem Argument eine Zeitdimension hinzu: Anstatt den Einfluss des Pulsars aus einer einzelnen Momentaufnahme abzuleiten, k\u00f6nnen Astronomen ihn nun Bild f\u00fcr Bild beobachten.<\/p>\n J\u00fcngste Modellierungsarbeiten unterstreichen diese Komplexit\u00e4t weiter. Eine detaillierte dynamische Studie, ver\u00f6ffentlicht in The Astrophysical Journal<\/a>, untersuchte, wie die Filamente des Krebses auf Druck vom Pulsarwind und auf Wechselwirkungen mit dem umgebenden interstellaren Medium reagieren. Diese Rechnungen zeigen, dass lokalisierte Druckverst\u00e4rkungen genau jene Art von fleckigem Beschleunigungsfeld erzeugen k\u00f6nnen, wie es nun in den Eigenbewegungsdaten zu sehen ist. Das entstehende Bild ist das eines \u00dcberrests, dessen Inneres durch andauernde Energiezufuhr durchmischt und umgestaltet wird, und nicht eines, das lediglich die Bedingungen einer einzelnen, alten Explosion konserviert.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\nZwei Kameras, ein Vierteljahrhundert Abstand<\/h2>\n\n\n
Was die Geschwindigkeit \u00fcber das Innere des Nebels verr\u00e4t<\/h2>\n\n\n
Die Explosion bis ins Jahr 1054 zur\u00fcckverfolgen<\/h2>\n\n\n