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Vor Tausenden von Jahren explodierte ein Stern in unserer Galaxie heftig und erzeugte einen leuchtenden Supernova-Überrest namens Cassiopeia A, der Wissenschaftler seit Jahrzehnten fasziniert.
Nun hat ein neues Bild des James-Webb-Weltraumteleskops den Astronomen zufolge den genauesten und detailliertesten Einblick in das Innere des explodierten Sterns ermöglicht. Die Analyse des Bildes könnte Forschern helfen, die Prozesse besser zu verstehen, die diese massiven Brandereignisse auslösen.
Das Weltraumobservatorium hat es Astronomen auch ermöglicht, einen Blick auf mysteriöse Merkmale zu erhaschen, die in Bildern des Überrestes, die mit Teleskopen wie Hubble, Chandra oder Spitzer oder Webbs anderen Instrumenten aufgenommen wurden, nicht zu sehen waren.
Das neue Bild wurde am Montag von First Lady Dr. Jill Biden geteilt, als sie den allerersten digitalen Adventskalender des Weißen Hauses vorstellte, der Webbs neue Perspektive auf Cassiopeia A enthält, die wie ein Weihnachtsschmuck zu leuchten scheint.
„So einen Blick auf einen explodierten Stern hatten wir noch nie zuvor“, sagte der Astronom Dan Milisavljevic, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Purdue University, in einer Erklärung. „Supernovae sind die Haupttreiber der kosmologischen Evolution. Die Energien, ihre chemische Häufigkeit – es gibt so viel, was von unserem Verständnis von Supernovae abhängt. Dies ist der genaueste Blick, den wir je auf eine Supernova in unserer Galaxie geworfen haben.“
Von dem Stern, der vor 10.000 Jahren zur Supernova wurde, sind nur noch Gas- und Staubwirbel übrig. Cassiopeia A befindet sich 11.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Kassiopeia. Ein Lichtjahr, das 5,88 Billionen Meilen (9,46 Billionen Kilometer) entspricht, gibt an, wie weit ein Lichtstrahl in einem Jahr zurücklegt.
Das Licht von Cassiopeia A erreichte die Erde erstmals vor etwa 340 Jahren. Als jüngster bekannter Supernova-Überrest in unserer Galaxie wurde das Himmelsobjekt von einer Vielzahl boden- und weltraumgestützter Teleskope untersucht. Der Überrest erstreckt sich über einen Durchmesser von etwa 10 Lichtjahren oder 60 Billionen Meilen (96,6 Billionen Kilometer).
Erkenntnisse aus Cas A, wie der Überrest auch genannt wird, ermöglichen es Wissenschaftlern, mehr über den Lebenszyklus von Sternen zu erfahren.
Astronomen verwendeten Webbs Nahinfrarotkamera namens NIRCam, um den Supernova-Überrest bei anderen Lichtwellenlängen zu sehen als bei früheren Beobachtungen. Das Bild zeigt beispiellose Details der Wechselwirkung zwischen der sich ausdehnenden Materialhülle, die von der Supernova bei ihrer Kollision mit dem Gas erzeugt wurde, das der Stern vor der Explosion freigesetzt hat.
Aber das Bild sieht völlig anders aus als das, das Webb im April mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) des Teleskops aufgenommen hat. In jedem Bild fallen bestimmte Merkmale auf, die im anderen nicht sichtbar sind.
Webb beobachtet das Universum in Wellenlängen des Infrarotlichts, das für das menschliche Auge unsichtbar ist. Während Wissenschaftler Webbs Daten verarbeiten, wird das vom Teleskop eingefangene Licht in ein für Menschen sichtbares Farbspektrum umgewandelt.
Das neue NIRCam-Bild wird von orangefarbenen und hellrosa Farbblitzen in der inneren Hülle des Supernova-Überrests dominiert. Die Farben entsprechen gasförmigen Knoten aus Elementen, die der Stern abgibt, darunter Sauerstoff, Argon, Neon und Schwefel. Im Gas sind Staub und Moleküle vermischt. Letztendlich werden sich alle diese Zutaten zu neuen Sternen und Planeten verbinden.
Durch die Untersuchung des Überrestes können Wissenschaftler rekonstruieren, was während der Supernova geschah.
„Mit der Auflösung von NIRCam können wir jetzt sehen, wie der sterbende Stern bei seiner Explosion vollständig zersprang und Filamente zurückließ, die winzigen Glassplittern ähnelten“, sagte Milisavljevic. „Es ist wirklich unglaublich, nach all den Jahren, in denen wir Cas A untersucht haben, nun diese Details zu klären, die uns einen transformativen Einblick in die Explosion dieses Sterns liefern.“
Beim Vergleich des NIRCam-Bildes mit dem im April aufgenommenen MIRI-Bild erscheint die neue Perspektive weniger farbenfroh. Die hellen orange-roten Wirbel aus dem April-Bild wirken durch die Augen von NIRCam rauchiger und zeigen, wo die Schockwelle der Supernova auf das umgebende Material prallte.
Das weiße Licht im NIRCam-Bild ist auf Synchrotronstrahlung zurückzuführen, die entsteht, wenn geladene Teilchen beschleunigt werden und sich um magnetische Feldlinien bewegen.
NASA/ESA/CSA/STScI
Mit der Nahinfrarotkamera (links) und dem Mittelinfrarotinstrument (rechts) des Webb-Teleskops entdeckten Astronomen bisher ungesehene Details im Supernova-Überrest Cassiopeia A.
Ein wichtiges Merkmal, das in der NIRCam-Ansicht fehlt, ist das „Grüne Monster“ aus dem MIRI-Bild oder ein Kreis aus grünem Licht in der Mitte des Überrestes, der Astronomen verwirrt und herausgefordert hat.
Auf dem Nahinfrarotbild sind jedoch neue Details zu erkennen, die auf kreisförmige, weiß-violett umrandete Löcher hinweisen, die auf geladene Trümmerteilchen hinweisen, die das Gas formen, das der Stern vor seiner Explosion abgegeben hat.
Ein weiteres neues Merkmal im NIRCam-Bild ist ein Fleck mit dem Spitznamen „Baby Cas A“, der in der unteren rechten Ecke zu sehen ist. Er sieht aus wie ein Nachkomme des größeren Supernova-Überrests und befindet sich 170 Lichtjahre hinter Cassiopeia A.
Bei Baby Cas A handelt es sich eigentlich um ein sogenanntes Lichtecho, bei dem das Licht der Supernova mit Staub interagierte und diesen aufheizte. Der Staub leuchtet weiter, während er mit der Zeit abkühlt.
„Es ist atemberaubend“, sagte Milisavljevic, der ein Projektteam leitete, das zum neuen Image beitrug. „Einige Funktionen sind aufgetaucht, die völlig neu sind – das wird die Art und Weise verändern, wie wir über die Lebenszyklen von Sternen denken.“