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Spitzer fängt Echo eines toten Sterns auf

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Ein gewaltiges Lichtecho eines launenhaften toten Sterns wurde von den Infrarotaugen des Spitzer Weltraumteleskops gesichtet.

Die überraschenden Ergebnisse gehören zu Cassiopeia A, dem Überrest einer Supernova die vor 325 Jahren auf der Erde beobachtet wurde, und dessen Überrest immer noch nicht ruhig ist. Stattdessen ereignete sich auf dem toten Stern zuletzt einen Energieausbruch vor etwa 50 Jahren. Cassiopeia A ist der jüngste bekannte Supernova Überrest in unserer Galaxis und rund 11.000 Lichtjahren entfernt. Das spektakuläre Objekt ist eines der meist studierten am Himmel.

„Wir hatten gedacht das der stellare Überbleibsel innerhalb von Cassiopeia A verblast wäre“  sagt Dr. Oliver Krause von University of Arizona. "Mit Spitzer haben wir nun entdeckt, dass sich der explodierte Stern gewissermaßen noch immer im Todeskampf befindet und durch starke Strahlungsausbrüche ein letztes spektakuläres Feuerwerk in seiner Umgebung entzündet."

Der Überrest einer Supernova vom Typ II wie Cassiopeia A besteht typischerweise aus zwei Teilen: einer leuchtenden äußeren Schale, die durch die expandierende Hülle des explodierenden Sterns entstanden ist und einem zentralem Objekt mit nur wenigen Kilometern Durchmesser, aber enormer Dichte - einem Neutronenstern. Lange Zeit schon war es Astronomen seltsam vorgekommen, dass der für den Supernova Überrest Cassiopeia A verantwortliche Stern bereits so schnell nach seinem gewaltigen und spektakulären Tod im Jahre 1680 ungewöhnlich ruhig erschien. Doch der Schein trog.

Anhand von so genannten Infrarot Echos ist es möglich, den Weg einer Energiewelle, wie sie zum Beispiel beim Ausbruch eines aktiven Sterns oder auch einer Supernova Explosion entsteht, durch das staubige interstellare Medium zu verfolgen. Der expandierende, hochenergetische Lichtblitz (vermutlich Gammastrahlung) heizt beim Durchlaufen seiner Umgebung nacheinander die zufällig verteilten Wolken von Gas und Staub, die sich dadurch erwärmen und im Infraroten leuchten. Im Laufe der Zeit ergibt sich so eine Spur von aufleuchtenden und wieder erlöschenden Filamenten, die die Ausbreitung des Feuerballs von seinem Ursprung aus markieren. Solch ein Infrarot Echo wurde nun um Cassiopeia A entdeckt. Es ist das Größte, das jemals beobachtet wurde, und es ist das erste Echo um eine verhältnismäßig alte Supernova.

Nach genauer Analyse der Beobachtungsdaten fanden die Astronomen mindestens zwei voneinander unabhängige Echos. Eines scheint von der Supernova Explosion aus dem Jahre 1680 selbst zu stammen, das andere von erst kürzlich erfolgten Ausbrüchen der Sternenleiche in Cassiopeia A, von denen einer um 1953 stattgefunden haben muss. Diese scheinen darauf hinzudeuten, dass es sich bei der zentralen Quelle in Cassiopeia A um einen "Soft Gamma Repeater" handelt. Solche Objekte sind vermutlich Neutronensterne mit starken Magnetfeldern, so genannte Magnetare, deren von Beben erschütterte Oberflächen in unregelmäßigen Abständen zum Teil gewaltige Ausbrüche von Gammastrahlung zeigen.

Das Astronomen Team entdeckte zunächst auf einer Infrarot-Aufnahme des MIPS-Instruments an Bord von Spitzer kompakte, verworrene Staubfilamente. Auf einer wenige Monate später gewonnenen bodengebundenen Aufnahme schienen sich diese Staubfilamente nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegt zu haben - ein erstes Anzeichen der Infrarot-Echos. Erst weitere Aufnahmen mit der neuen Infrarotkamera Omega2000 am 3,5-Meter-Teleskop des deutsch-spanischen Calar-Alto-Observatoriums und mit Spitzer zeigten eindeutig, dass sich der Staub selbst nicht bewegt hat. Vielmehr wurden die Filamente durch die mit Lichtgeschwindigkeit durchlaufende Energiewelle geheizt, leuchteten auf und verschwanden wieder, wodurch der Eindruck einer Bewegung entstand: das Infrarot-Echo.

Die Bewegungen der Infrarot-Filamente gehören zu den markantesten, die jemals bei Objekten außerhalb unseres Sonnensystems beobachtet wurden. Während typischerweise Jahre oder gar Jahrhunderte nötig sind, um die Bewegung selbst der näheren Sterne zu verfolgen, reichen im Fall der Echos um Cassiopeia A wenige Wochen, um deutliche Veränderungen auszumachen.

Die Forscher des Max-Planck-Instituts hoffen, aus den Aufnahmen mehr über die Natur der zentralen Quelle in Cassiopeia zu lernen. Die vom Weltraumteleskop Spitzerbeobachteten Echos scheinen auf die Existenz eines Magnetars in Cassiopeia A hinzudeuten. Magnetare sind schwer zu finden und zu untersuchen, insbesondere, wenn sie nicht mehr mit ihrem Geburtsort in Verbindung stehen. Sollten die Astronomen im Zentrum von Cassiopeia A tatsächlich solch ein Objekt entdeckt haben, so wird es das erste sein, von dem genau bekannt ist, wann und aus was für einem Stern es entstanden ist. Die beobachtete bipolare Struktur der aufgeheizten Filamente deutet darauf hin, dass die anregende Energiewelle gebündelt und gerichtet aufgetreten ist. Eine andere Möglichkeit wäre, dass das nun zum Leuchten angeregte Material selbst die beobachtete, vornehmlich bipolare Verteilung hat. Dies könnte durch starke kollimierte Winde des massereichen Sterns vor seiner Explosion erklärt werden.

Zusätzliche Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Spitzer wie auch an bodengebundenen Observatorien werden helfen, das Geheimnis der Licht-Echos und ihres rätselhaften Ursprungs zu lüften.

Quelle: JPL / Max Planck Gesellschaft

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