30. Oktober 2023:  JWST sieht den Krabbennebel in neuem Licht

Erlesene, nie zuvor gesehene Details helfen dabei, die rätselhafte Geschichte des Supernova-Überrests zu entschlüsseln.

Das James Webb-Weltraumteleskop der NASA hat den Krebsnebel beobachtet, einen Supernova-Überrest,
der 6.500 Lichtjahre entfernt im Sternbild Stier liegt.
Seit der Aufzeichnung dieses energiereichen Ereignisses im Jahr 1054 n. Chr. durch Astronomen im 11. Jahrhundert hat der Krebsnebel
weiterhin Aufmerksamkeit erregt und weitere Studien durchgeführt, da Wissenschaftler versuchen, die Bedingungen,
das Verhalten und die Nachwirkungen von Supernovae durch gründliche Untersuchung des Krebsnebels zu verstehen.
Der Krabbennebel ist ein relativ nahegelegenes Beispiel.


Bild: NASA

Dieses Bild der NIRCam (Near-Infrared Camera) und MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James Webb Space Telescope der NASA
enthüllt neue Details im Infrarotlicht.
Der Supernova-Überrest besteht aus mehreren verschiedenen Komponenten, darunter doppelt ionisierter Schwefel (dargestellt in Rot-Orange),
ionisiertes Eisen (blau), Staub (gelb-weiß und grün) und Synchrotronemission (weiß).
In diesem Bild wurden Farben verschiedenen Filtern von Webbs NIRCam und MIRI zugewiesen:
Blau (F162M), Hellblau (F480M), Cyan (F560W), Grün (F1130W), Orange (F1800W) und Rot (F2100W).


Mithilfe von Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) und MIRI (Mid-Infrared Instrument) sucht ein Team unter der Leitung von Tea Temim
an der Princeton University nach Antworten auf die Ursprünge des Krebsnebels.
„Webbs Empfindlichkeit und räumliche Auflösung ermöglichen es uns, die Zusammensetzung des ausgestoßenen Materials,
insbesondere den Gehalt an Eisen und Nickel, genau zu bestimmen, was Aufschluss darüber geben könnte,
welche Art von Explosion den Krebsnebel verursacht hat“, erklärte Temim.


Bild: NASA

Dieser direkte Vergleich des Krebsnebels aus der Sicht des Hubble-Weltraumteleskops im optischen Licht (links) und des
James-Webb-Weltraumteleskops im Infrarotlicht (rechts) zeigt unterschiedliche Details.
Durch die Untersuchung der kürzlich gesammelten Webb-Daten und die Nutzung früherer Beobachtungen des Krebses durch andere Teleskope
wie Hubble können Astronomen ein umfassenderes Verständnis dieses mysteriösen Supernova-Überrests erlangen.


Auf den ersten Blick ähnelt die allgemeine Form des Supernova-Überrests dem optischen Wellenlängenbild, das 2005 vom Hubble-Weltraumteleskop
der NASA veröffentlicht wurde: In Webbs Infrarotbeobachtung ist eine klare, käfigartige Struktur aus flauschigen Gasfilamenten in Rot-Orange zu sehen.
In den zentralen Regionen wird die Emission von Staubkörnern (gelb-weiß und grün) jedoch erstmals von Webb kartiert.

Weitere Aspekte des Innenlebens des Krebsnebels werden im von Webb eingefangenen Infrarotlicht deutlicher und detaillierter sichtbar.
Webb hebt insbesondere die sogenannte Synchrotronstrahlung hervor: Emission, die von geladenen Teilchen wie Elektronen erzeugt wird,
die sich mit relativistischer Geschwindigkeit um magnetische Feldlinien bewegen.
Die Strahlung erscheint hier als milchiges, rauchartiges Material im größten Teil des Inneren des Krebsnebels.

Dieses Merkmal ist ein Produkt des Pulsars des Nebels, eines schnell rotierenden Neutronensterns.
Das starke Magnetfeld des Pulsars beschleunigt Teilchen auf extrem hohe Geschwindigkeiten und bewirkt, dass sie Strahlung aussenden,
wenn sie sich um magnetische Feldlinien winden.
Obwohl die Synchrotronstrahlung im gesamten elektromagnetischen Spektrum emittiert wird,
wird sie mit Webbs NIRCam-Instrument in beispielloser Detailgenauigkeit beobachtet.

Video: Tour durch das Bild von JWST


Um das Pulsarherz des Krebsnebels zu lokalisieren, verfolgt man die Streifen, die einem kreisförmigen, wellenartigen Muster in der Mitte folgen,
bis zum hellen weißen Punkt in der Mitte.
Weiter vom Kern entfernt folgt man den dünnen weißen Bändern der Strahlung
Die geschwungenen Streifen sind eng aneinander gruppiert und skizzieren die Struktur des Magnetfelds des Pulsars, das den Nebel formt und schärft.

In der Mitte links und rechts krümmt sich das weiße Material von den Rändern des fadenförmigen Staubkäfigs scharf nach innen und bewegt sich in
Richtung der Position des Neutronensterns, als ob die Taille des Nebels eingeklemmt würde.
Diese abrupte Verschlankung könnte dadurch verursacht werden, dass die Ausbreitung des Supernova-Windes durch einen Gürtel aus dichtem Gas begrenzt wird.

Der vom Pulsarherz erzeugte Wind treibt die Hülle aus Gas und Staub weiterhin mit hoher Geschwindigkeit nach außen.
Im Inneren des Überrestes bilden gelb-weiße und grün gesprenkelte Filamente großflächige, schleifenartige Strukturen,
die Bereiche darstellen, in denen sich Staubkörner befinden.

Die Suche nach Antworten auf die Vergangenheit des Krebsnebels geht weiter, während Astronomen die Webb-Daten weiter analysieren und frühere
Beobachtungen des Überrestes anderer Teleskope heranziehen.
Wissenschaftler werden etwa im nächsten Jahr über neuere Hubble-Daten verfügen, die aus der Neuabbildung des Supernova-Überrests durch das Teleskop stammen.
Dies wird Hubbles erster Blick auf Emissionslinien des Krebsnebels seit über 20 Jahren sein und es Astronomen ermöglichen,
die Ergebnisse von Webb und Hubble genauer zu vergleichen.