Planetarische Nebel Wolfgang Stegmüller Seite 2

Transkript

1 Planetarische Nebel

2 Planetarische Nebel! Ein planetarischer Nebel ist ein astronomisches Objekt und besteht aus einer Hülle aus Gas und Plasma, das von einem alten Stern am Ende seiner Entwicklung abgestoßen wird.! Der Name ist irreführend, denn ein solches Objekt hat nichts mit Planeten zu tun. Die Bezeichnung stammt daher, dass diese Nebel typischerweise im Teleskop ein ähnliches Aussehen wie Gasplaneten aufweisen Wolfgang Stegmüller Seite 2

3 Planetarische Nebel! Planetarische Nebel existieren meist nicht länger als einige zehntausend Jahre. Im Vergleich zu einem durchschnittlichen Sternenleben, das mitunter mehrere Milliarden Jahre dauert, ist diese Zeitspanne sehr gering Wolfgang Stegmüller Seite 3

4 Planetarische Nebel! In unserer Galaxie, der Milchstraße, sind rund 1500 planetarische Nebel bekannt Wolfgang Stegmüller Seite 4

5 Planetarische Nebel! Mit dem Hubble-Weltraumteleskop wurden Aufnahmen vieler planetarischer Nebel angefertigt. Ein Fünftel der Nebel weist eine kugelförmige Gestalt auf. Die Mehrzahl ist jedoch komplex aufgebaut und weist unterschiedliche Formen auf. Die Mechanismen der Formgebung sind noch nicht genau bekannt. Mögliche Ursachen könnten Begleitsterne, Sternwinde oder Magnetfelder sein Wolfgang Stegmüller Seite 5

6 Planetarische Nebel! Planetarische Nebel sind im Allgemeinen schwach leuchtende Objekte und deshalb mit dem bloßen Auge nicht beobachtbar. Der erste entdeckte planetarische Nebel war der Hantelnebel im Sternbild Fuchs. Er wurde 1764 von Charles Messier entdeckt und wird in seinem Katalog mit dem Index M 27 aufgeführt Wolfgang Stegmüller Seite 6

7 Geschichte! Da die optische Auflösung der damaligen Teleskope relativ gering war, sah ein planetarischer Nebel darin wie eine neblige Scheibe aus. Da Gasplaneten einen ähnlichen Anblick boten, könnte dies der Grund dafür sein, dass Wilhelm Herschel, der Entdecker des Planeten Uranus, ihnen das Adjektiv planetarisch gab. Diese Bezeichnung wurde bis heute beibehalten Wolfgang Stegmüller Seite 7

8 Geschichte! Die Zusammensetzung planetarischer Nebel blieb unbekannt, bis in der Mitte des 19. Jahrhunderts die ersten spektroskopischen Beobachtungen durchgeführt wurden. William Huggins war einer der ersten Astronomen, die das Lichtspektrum astronomischer Objekte studierten Wolfgang Stegmüller Seite 8

9 Geschichte! Als Huggins den Katzenaugennebel beobachtete, fand er ein Spektrum vor, welches lediglich einige Emissionslinien aufwies. Die hellste Linie hatte eine Wellenlänge von 500,7 Nanometern. Dies stand in keinem Zusammenhang mit irgend einem bekannten chemischen Element. Zunächst wurde daher angenommen, es handle sich um ein unbekanntes Element, das daraufhin den Namen Nebulium erhielt Wolfgang Stegmüller Seite 9

10 Geschichte! In den 1920er Jahren wiesen Physiker nach, dass das Gas in den planetarischen Nebeln eine extrem niedrige Dichte besitzt. Elektronen können in den Atomen und Ionen Energiezustände erreichen, die sonst bei höheren Dichten nicht auftreten. Elektronenübergänge im Sauerstoff führen zur bei Planetarischen Nebeln beobachteten Emission bei 500,7 nm (grün) Wolfgang Stegmüller Seite 10

11 Geschichte! Bis Anfang des 20. Jahrhunderts ging man davon aus, dass planetarische Nebel die Vorstufen von Sternen darstellen. Man glaubte, dass sich die Nebel unter der eigenen Schwerkraft zusammenzögen und im Zentrum einen Stern bildeten Wolfgang Stegmüller Seite 11

12 Geschichte! Spätere spektroskopische Untersuchungen zeigten jedoch, dass sich alle planetarischen Nebel ausdehnen. So fand man heraus, dass die Nebel die abgestoßenen äußeren Schichten eines sterbenden Sterns darstellen, der als sehr heißes, aber lichtschwaches Objekt im Zentrum zurückbleibt Wolfgang Stegmüller Seite 12

13 Entstehung! Planetarische Nebel stellen das Endstadium eines durchschnittlichen Sterns wie unserer Sonne dar Wolfgang Stegmüller Seite 13

14 Entstehung! Ein typischer Stern weist weniger als die doppelte Sonnenmasse auf. Seine Energie wird im Kern erzeugt, in dem die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium abläuft. Der dadurch entstehende Strahlungsdruck verhindert, dass der Stern durch seine eigene Gravitation kollabiert. Es stellt sich ein stabiler Zustand ein, der über Milliarden von Jahren andauern kann Wolfgang Stegmüller Seite 14

15 Entstehung! Nach mehreren Milliarden Jahren sind die Wasserstoffvorräte im Kern verbraucht. Der Strahlungsdruck lässt nach und der Kern wird durch die Gravitationskräfte komprimiert und heizt sich auf. Die Temperatur im Kern steigt in dieser Phase von 15 Millionen auf 100 Millionen K an. Im Kern fusioniert nun Helium zu Kohlenstoff und Sauerstoff. In der Schale um den Kern fusioniert Wasserstoff zu Helium. Als Folge dehnt sich die Hülle des Sterns stark aus, er tritt in das Stadium eines Roten Riesen ein Wolfgang Stegmüller Seite 15

16 Entstehung! Die Schichten, in denen gerade die Heliumfusion stattfindet, dehnen sich mit starker Geschwindigkeit aus und kühlen sich dadurch wieder ab, wodurch die Reaktionsrate wieder herabgesetzt wird. Die Folge ist eine starke Pulsation, die manchmal stark genug ist, um die ganze Sternatmosphäre in den Weltraum zu schleudern Wolfgang Stegmüller Seite 16

17 Entstehung! Das Gas der Sternhülle dehnt sich anfangs mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 40 Kilometern pro Sekunde aus und besitzt eine Temperatur von etwa K. Dieser vergleichsweise langsame Sternwind bildet die Hauptmasse des Nebels. In dem Maße, in dem der Stern nach und nach seine äußeren Hüllen verliert und den immer heißeren Kern freilegt, wechselt seine Farbe von orange über gelb bis hin zu weiß und schließlich blau Wolfgang Stegmüller Seite 17

18 Entstehung! Wenn die freigelegte Oberfläche rund K heiß ist, werden genug hochenergetische ultraviolette Photonen ausgesendet, um das zuvor ausgeworfene Gas zu ionisieren. Die Gashülle wird dadurch als planetarischer Nebel sichtbar. Der Stern im Zentrum hat das Stadium eines Weißen Zwerges erreicht Wolfgang Stegmüller Seite 18

19 Physikalische Eigenschaften! Typische planetarische Nebel sind zu etwa 70 % Wasserstoff und 28 % Helium zusammengesetzt. Den restlichen Anteil bilden hauptsächlich Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie Spuren anderer Elemente.! Sie haben einen Durchmesser von rund einem Lichtjahr und bestehen aus extrem verdünntem Gas Wolfgang Stegmüller Seite 19

20 Die Gestalt Plantarischer Nebel! Eigentlich sollten planetarische Nebel eine symmetrische und ungefähr sphärische Gestalt haben. Es existieren jedoch auch sehr unterschiedliche und komplexe Formen. Ungefähr 10 % sind stark bipolar ausgeprägt, einige sind asymmetrisch; ein Exemplar ist von uns aus gesehen sogar rechteckig Wolfgang Stegmüller Seite 20

21 Die Gestalt Plantarischer Nebel! Die Ursachen der extremen Formenvielfalt sind bislang nicht genau bekannt, sie werden derzeit kontrovers diskutiert. Gravitationswirkungen von Begleitersternen könnten dazu beitragen. Eine andere Möglichkeit wäre, dass massereiche Planeten den Materiefluss stören, wenn sich der Nebel ausformt. Im Januar 2005 wurde erstmals ein Magnetfeld um die zentralen Sterne zweier planetarischer Nebel gefunden. Man nimmt an, dass dieses Feld teilweise oder vollständig für die außergewöhnliche Struktur verantwortlich ist Wolfgang Stegmüller Seite 21

22 Die Entfernung Planetarischer Nebel! Ein Hauptproblem bei der Erforschung planetarischer Nebel besteht darin, dass man ihre Entfernung nur schwer bestimmen kann. Bei relativ nahen planetarischen Nebeln ist die Entfernungsbestimmung mit Hilfe der Parallaxe möglich Wolfgang Stegmüller Seite 22

23 Bilder Planetarischer Nebel Egg-Nebel im Schwan Wolfgang Stegmüller Seite 23

24 Bilder Planetarischer Nebel Ringnebel in der Leier (M57) Wolfgang Stegmüller Seite 24

25 Bilder Planetarischer Nebel Hantelnebel im Füchschen (M27) Wolfgang Stegmüller Seite 25

26 Bilder Planetarischer Nebel Rotes Rechteck in der Kleinen Magellanschen Wolke Wolfgang Stegmüller Seite 26

27 Bilder Planetarischer Nebel Schmetterlingsnebel im Skorpion Wolfgang Stegmüller Seite 27

28 Bilder Planetarischer Nebel Eskimonebel in den Zwillingen Wolfgang Stegmüller Seite 28

29 Bilder Planetarischer Nebel Rotten Egg Nebel im Sternbild Puppis Wolfgang Stegmüller Seite 29

30 Bilder Planetarischer Nebel Blinking Planetary im Schwan Wolfgang Stegmüller Seite 30

31 Bilder Planetarischer Nebel Saturnnebel im Steinbock Wolfgang Stegmüller Seite 31

32 Bilder Planetarischer Nebel Jupiters Geist in der Wasserschlange Wolfgang Stegmüller Seite 32

33 Bilder Planetarischer Nebel NGC 7027 im Schwan Wolfgang Stegmüller Seite 33

34 Bilder Planetarischer Nebel Spirographennebel im Hasen Wolfgang Stegmüller Seite 34

35 Fragen? Wolfgang Stegmüller Seite 35