Quelle: NASA Webb Mission Team, 20. Januar 2026

Auf dem Bild der NIRCam (Nahinfrarotkamera) des Webb-Teleskops zeichnen sich Säulen ab, die wie Kometen mit langen Schweifen aussehen und den Umfang des inneren Bereichs einer expandierenden Gashülle nachzeichnen. Hier prallen glühende Winde aus schnell strömendem, heißem Gas des sterbenden Sterns auf langsamere, kältere Hüllen aus Staub und Gas, die zu Beginn seiner Lebenszeit abgestoßen wurden, und formen so die bemerkenswerte Struktur des Nebels.

Der ikonische Helixnebel wurde in den fast zwei Jahrhunderten seit seiner Entdeckung von zahlreichen boden- und weltraumgestützten Observatorien abgebildet. Die Nahinfrarotaufnahme des Webb-Teleskops zeigt diese Verdichtungen im Vergleich zu dem eher ätherischen Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, während die höhere Auflösung die Schärfe der Aufnahme des außer Dienst gestellten Spitzer-Weltraumteleskops der NASA übertrifft. Darüber hinaus zeigt die neue Nahinfrarotaufnahme den deutlichen Übergang zwischen dem heißesten und dem kühlsten Gas, während sich die Hülle vom zentralen Weißen Zwerg ausdehnt.

Ein gleißend heller Weißer Zwerg, der Überrest des sterbenden Sterns, liegt mitten im Nebel, außerhalb des Bildausschnitts des Webb-Teleskops. Seine intensive Strahlung erhellt das umgebende Gas und erzeugt ein farbenprächtiges Spektrum: heißes, ionisiertes Gas in unmittelbarer Nähe des Weißen Zwergs, kühlerer molekularer Wasserstoff weiter außen und schützende Bereiche, in denen sich in Staubwolken komplexere Moleküle bilden können. Diese Wechselwirkung ist von entscheidender Bedeutung, denn sie liefert das Ausgangsmaterial, aus dem in anderen Sternsystemen eines Tages neue Planeten entstehen könnten.

Auf Webbs Aufnahme des Helixnebels repräsentiert die Farbe die Temperatur und die chemische Zusammensetzung. Ein Hauch von Blau markiert das heißeste Gasfeld, das durch die intensive ultraviolette Strahlung des Weißen Zwergs angeregt wird. Weiter außen kühlt das Gas ab, Bereiche in denen sich Wasserstoffatome zu Molekülen verbinden, sind in gelb dargestellt. An den äußeren Rändern zeichnen die rötlichen Töne das kühlste Material nach, wo das Gas dünner wird und sich Staub bilden kann. Zusammengenommen zeigen die Farben, wie der letzte Atemzug des Sterns sich in die Rohstoffe für neue Welten verwandelt und so den Wissensschatz, den Webb über den Ursprung von Planeten gewonnen hat, erweitert.

Spitzers Untersuchungen des Helixnebels deuteten auf die Bildung komplexerer Moleküle hin, doch Webbs Auflösung zeigt, wie diese in abgeschirmten Bereichen des Nebels entstehen. Achten Sie auf dem Webb-Bild auf dunkle Bereiche inmitten des leuchtenden Oranges und Rots.

Der Helixnebel befindet sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Wassermann. Aufgrund seiner relativen Nähe zur Erde und seiner Ähnlichkeit mit dem „Auge Saurons“ ist er bei Hobbyastronomen und professionellen Astronomen gleichermaßen beliebt.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumteleskop für die Weltraumforschung. Webb entschlüsselt Geheimnisse unseres Sonnensystems, richtet den Blick auf ferne Welten um andere Sterne und erforscht die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums sowie unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner, der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumagentur).

Weitere Informationen zu Webb finden Sie unter: https://nasa.gov/webb

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• Planetarische Nebel

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Quelle: Universität Stuttgart 25. Mai 2023.

25. Mai 2023 – Sobald ein Stern die Hauptreihe hinter sich gelassen hat – das längste Stadium der Sternentwicklung, in dem der durch die Kernfusion im Innern des Sterns erzeugte Strahlungsdruck der Schwerkraft die Waage hält – stößt der alternde Stern eine Hülle aus Gas und Plasma ab und ein planetarischer Nebel entsteht. Was in dieser Phase mit einem möglicherweise vorhandenen Planetensystem geschieht, ist allerdings ein Rätsel. Astronomen und Astronominnen wissen im Allgemeinen nicht, ob Planeten jenseits dieses Punktes überleben können bzw. welches Schicksal sie ereilt.
Ein Hinweis hierzu hat nun ein Team um Jonathan Marshall von der Academia Sinica in Taiwan im nahegelegenen Helixnebel gefunden, in dem es neue Daten von SOFIA, dem Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie und ALMA, dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, zusammen mit Archivdaten der Spitzer- und Herschel-Weltraumobservatorien untersucht hat.

Der Helixnebel ist ein junger planetarischer Nebel, in dem sich glühendes Gas ausbreitet, das von seinem alternden Wirtsstern ausgestoßen wurde. Im Zentrum des Nebels hat sich ein sehr junger Weißer Zwerg gebildet, der allerdings mehr Infrarotstrahlung aussendet als erwartet. Um zu klären, woher diese überschüssige Strahlung kommt, hat Marshall zusammen mit seinem Team zunächst untersucht, woher sie nicht kommen kann:
Kollisionen zwischen kleinen, festen Objekten aus kosmischem Staub, die sich während der Entstehung eines Planetensystems um einen Stern gebildet haben – sogenannte Planetesimale – können diese überschüssige Emission zwar grundsätzlich erzeugen, aber weder SOFIA noch ALMA konnten die dafür erforderlichen großen Staubkörner nachweisen.
Auch haben die Forschenden keine Kohlenmonoxid- oder Siliziummonoxidmoleküle gefunden, die für die Gasscheiben charakteristisch sind, die einen Stern nach seinem Leben auf der Hauptreihe umgeben können.

Zerstörung als Strahlungsquelle
Zusammen mit den Archivdaten grenzen die Beobachtungen von SOFIA und ALMA die verschiedenen Parameter der möglichen infraroten Strahlungsquelle – wie ihre Größe, Struktur und Umlaufbahn – stark ein, so dass nur eine Erklärung übrig bleibt: Staub, der sich bildet, wenn ausgewachsene Planeten bei der Entstehung des planetarischen Nebels zerstört werden und sich in Richtung des Sterns im Zentrum bewegen.

„Nachdem wir die Puzzleteile der Größe und Form der überschüssigen Emission sowie die daraus resultierenden Eigenschaften über die Staubkörner in der Umgebung des Weißen Zwerges zusammen gesetzt hatten, kamen wir zu dem Schluss, dass ein zerstörtes Planetensystem die beste Erklärung für den vorhandenen Infrarotüberschuss des Helixnebels ist“, sagt Jonathan Marshall, der Hauptautor der Studie.

Ein mögliches Szenario wäre die kontinuierliche Zerstörung tausender Kometen pro Jahr durch die intensive Strahlung des Weißen Zwerges. Dies würde den notwendigen Nachschub an Staub erklären, um die gemessene Infrarothelligkeit zu erhalten, welche einer gesamten Staubmasse von 500 Millionen Kometen der Größe von Hale-Bopp entspricht.

Ferninfrarotdaten von SOFIA füllen entscheidende Lücke
Die mit dem HAWC+ Instrument an Bord von SOFIA gemessenen Helligkeiten bei einer Wellenlänge von 54 µm konnten genau die Lücke zwischen den früheren Spitzer- und Herschel-Beobachtungen bei 24 und 70 µm schließen. „Diese Lücke lag genau dort, wo wir den Höhepunkt der Staubemission erwartet haben“, so Marshall. „Es ist wichtig, die Form der Staubemission zu bestimmen, um die Eigenschaften dieser Staubkörner einzugrenzen. Die SOFIA-Beobachtungen haben es uns ermöglicht, unser Verständnis zu verfeinern“.

Obwohl SOFIA nach seinem Betriebsende keine Folgebeobachtungen des Helixnebels mehr durchführen kann, ist diese Studie Teil eines größeren Projekts das darauf abzielt zu verstehen, was mit Planetensystemen geschieht, wenn sich ihr Zentralstern über die Hauptreihe hinaus entwickelt. Marshall und sein Team hoffen, auch andere Sterne in der Spätphase mit ähnlichen Techniken untersuchen zu können.

Originalveröffentlichung:
Evidence for the Disruption of a Planetary System During the Formation of the Helix Nebula , Jonathan P. Marshall et al 2023 AJ 165 22, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/ac9d90.

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• Stratosphären-Observatorium SOFIA

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Quelle: AIP.

22. Juli 2021 – Planetarische Nebel sind in der Nachbarschaft zur Sonne als farbenprächtige Objekte bekannt, die am Ende des Lebens eines Sterns bei der Entwicklung vom Stadium des Roten Riesen zum Weißen Zwerg auftreten: Wenn der Stern seinen Brennstoff zur Kernfusion aufgebraucht hat, bläst er seine Gashülle in den interstellaren Raum ab, kontrahiert, wird extrem heiß, und regt die expandierende Gashülle zum Leuchten an. Anders als das kontinuierliche Spektrum des Sterns, strahlen die Ionen bestimmter Elemente in dieser Gashülle, wie z.B. von Wasserstoff, Sauerstoff, Helium und Neon, Licht aber nur bei bestimmten Wellenlängen ab. Spezielle optische Filter, die auf diese Wellenlängen abgestimmt sind, können die schwach leuchtenden Nebel sichtbar machen. Das nächstgelegene Objekt dieser Art in unserer Milchstraße ist der 650 Lichtjahre entfernte Helixnebel.

Mit wachsender Entfernung eines planetarischen Nebels schrumpft der scheinbare Durchmesser in einer Bildaufnahme, und die integrierte scheinbare Helligkeit nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. In unserer Nachbargalaxie, der Andromedagalaxie, wäre mit einer fast 4000-fach größeren Entfernung der Helixnebel nur noch als Punkt wahrnehmbar, und seine scheinbare Helligkeit wäre fast 15 Millionen Mal schwächer. Mit modernen Großteleskopen und langer Belichtungszeit können solche Objekte unter Verwendung optischer Filter oder bildgebender Spektroskopie dennoch abgebildet und vermessen werden. Martin Roth, Erstautor der neuen Studie und Leiter der Abteilung innoFSPEC am AIP: „Mit dem am AIP entwickelten PMAS-Instrument gelang uns dies erstmals mit integraler Feldspektroskopie für eine Handvoll planetarischer Nebel in der Andromeda-Galaxie in den Jahren 2001 bis 2002 am 3,5-m-Teleskop des Calar-Alto-Observatoriums. Das relativ kleine PMAS-Sichtfeld erlaubte es jedoch noch nicht, eine größere Stichprobe von Objekten zu untersuchen.“

Es hat gut 20 Jahre gedauert, bis mit einem leistungsfähigeren Instrument mit einem mehr als 50-fach größerem Gesichtsfeld an einem deutlich größeren Teleskop diese ersten Experimente weiterentwickelt werden konnten. MUSE am Very Large Telescope in Chile wurde in erster Linie für die Entdeckung extrem lichtschwacher Objekte am Rand des für uns derzeit beobachtbaren Universums entwickelt und hat dazu seit den ersten Beobachtungen spektakuläre Ergebnisse erbracht. Genau diese Eigenschaft ist es, die auch bei der Detektion von äußerst lichtschwachen planetarischen Nebeln in einer entfernten Galaxie zum Tragen kommt.

Die Galaxie NGC 474 ist ein besonders schönes Beispiel für eine Galaxie, die durch Kollision mit anderen, kleineren Galaxien eine auffällige Ringstruktur aus den durch Gravitationswirkung gestreuten Sternen gebildet hat. Sie liegt in etwa 110 Millionen Lichtjahren Entfernung, ist also ca. 170.000-mal weiter entfernt als der Helixnebel. Die scheinbare Helligkeit eines planetarischen Nebels in dieser Galaxie ist daher fast 30 Milliarden Mal geringer als die des Helixnebels und liegt im Bereich der kosmologisch interessanten Galaxien, für die das Team das MUSE-Instrument konzipierte.

Ein Forscherteam des AIP hat mit Kollegen aus den USA eine Methode entwickelt, wie sich mit MUSE die extrem schwachen Signale von planetarischen Nebeln in weit entfernten Galaxien mit hoher Empfindlichkeit isolieren und präzise vermessen lassen. Ein besonders wirkungsvoller Filteralgorithmus bei der Bilddatenverarbeitung spielt hier eine wichtige Rolle. Für die Ringgalaxie NGC 474 standen ESO-Archivdaten zur Verfügung, die auf zwei sehr tiefen MUSE-Belichtungen mit je 5 Stunden Beobachtungszeit beruhen. Das Ergebnis der Datenverarbeitung: Nach Anwenden des Filteralgorithmus wurden insgesamt 15 extrem lichtschwache planetarische Nebel sichtbar.

Dieses hochempfindliche Verfahren eröffnet eine neue Methode zur Entfernungsmessung, die geeignet ist, zur Lösung der derzeit diskutierten Diskrepanz bei der Bestimmung der Hubble-Konstanten beizutragen. Planetarische Nebel besitzen die Eigenschaft, dass physikalisch eine gewisse maximale Leuchtkraft nicht überschritten werden kann. Die Verteilungsfunktion der Helligkeiten einer Stichprobe in einer Galaxie, d.h. die Leuchtkraftfunktion der planetarischen Nebel (PNLF), bricht am hellen Ende ab. Diese Eigenschaft ist die einer Standardkerze, mit Hilfe derer sich durch statistische Methoden eine Entfernung berechnen lässt. Das PNLF-Verfahren wurde bereits 1989 von den Teammitgliedern George Jacoby (NSF’s NOIRLab) und Robin Ciardullo (Penn State University) entwickelt. Es ist in den vergangenen 30 Jahren für mehr als 50 Galaxien erfolgreich angewendet worden, war aber aufgrund der bislang verwendeten Filtermessungen limitiert. Galaxien mit Entfernungen größer als der des Virgo- oder Fornaxhaufens lagen außerhalb der Reichweite. Die nun im Astrophysical Journal veröffentlichte Studie zeigt, dass mit MUSE mehr als doppelt so große Reichweiten erzielt werden können und damit eine unabhängige Messung der Hubble-Konstanten ermöglicht wird.

Originalveröffentlichung

Toward Precision Cosmology with Improved PNLF Distances Using VLT-MUSEI. Methodology and Tests. Martin M. Roth, George H. Jacoby, Robin Ciardullo, Brian D. Davis, Owen Chase, Peter M. Weilbacher. The Astrophysical Journal, 22 July 2021

https://arxiv.org/abs/2105.01982

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• Planetarische Nebel

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Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Spitzer Science Center.

Manche Sterne sterben friedlich. Dieser nicht: 650 Lichtjahre entfernt, im Sternbild Wassermann, hat ein sterbender Stern vor Zehntausenden von Jahren riesige Mengen heißen Gases ausgestoßen. Dieses Gas formt jetzt ein spektakuläres Objekt:

Der Helixnebel (NGC 7293) im Sternbild Wassermann ist am Nachthimmel einer der größten und bekanntesten „Planetarischen Nebel“, wie Astronomen diese Objekte nennen. Die etwas irreführende Bezeichnung rührt von ihrer Ähnlichkeit mit Gasplaneten wie Jupiter und Saturn, wenn man sie durch kleinere Teleskope betrachtet. Im Licht heutiger Erkenntnis mag der Name vielleicht noch dadurch gerechtfertigt sein, dass aus einem Planetarischen Nebel irgendwann neue Planeten entstehen können.

Bei diesem neuen Falschfarbenbild haben das Spitzer– und das Hubble-Weltraumteleskop zusammengearbeitet, um die komplexe Struktur des Helixnebels weiter zu enthüllen. Das Bild wurde von Astronomen aus Daten im sichtbaren Licht von Hubble und infrarotem Licht von Spitzer zusammengesetzt.

Der (namenlose) tote Stern, ein Weißer Zwerg etwa von der Größe der Erde, ist in der Mitte des Bildes als weißer Punkt sichtbar. Das farbenfrohe gasförmige Material um ihn herum ist seine einstige Hülle, die er im Todeskampf von sich stieß, als er am Ende seiner Lebenszeit zur Nova wurde und explodierte. Die intensive ultraviolette Strahlung, die der Weiße Zwerg immer noch reichlich emittiert, heizt das Gas in seiner Umgebung auf und lässt den Planetarischen Nebel von innen heraus leuchten.

Die heißesten und instabilsten Gasmoleküle sind im Inneren des Nebels in Blau dargestellt. Die Zonen stabileren und kühleren Gases weiter außen zeigen sich deutlich im Übergang von Blau (sehr heiß) zu Gelb (heiß) und dann Rot (warm).

Das sicher auffälligste Merkmal des Helixnebels, das zuerst in Aufnahmen erdbasierter Teleskope zu sehen war und nun in diesem Kombinationsbild besonders schön sichtbar wird, sind Tausende von Fasern oder Strängen kühleren „roten“ Gases, die sich teilweise noch innerhalb des undifferenziert-transparenten „blauen“ Gases radial nach außen erstrecken. Astronomen glauben, dass das Gas in diesen Fasern deshalb kühler und stabiler ist, weil es von dichteren Materieklumpungen vor der intensiven Ultraviolettstrahlung des Weißen Zwergs abgeschirmt wird.

Die blau und grün codierten Daten von Hubble zeigen ionisierte H-alpha- und O-III-Gase. Die rot codierten Daten von Spitzer zeigen molekularen Wasserstoff bei 4,5 und 8,0 Mikron.

Eine Ausschnittsvergrößerung:

Noch tiefer hinein gezoomt:

Spitzers reine Infrarotaufnahme des Helixnebels:

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