Ist die „große Krabbe“ am Nachthimmel eine Spur, die ein ungewöhnlicher Himmelskörper vor Tausenden von Jahren hinterlassen hat?

Autor | Feng Ziyang

Rezension | Dong Chenhui, Zhao Jingyuan

Herausgeber | Zhao Jingyuan

Im Jahr 1054 erschien ein ungewöhnlicher Himmelskörper am Himmel. Seine Helligkeit war mit der der Venus vergleichbar. Es blieb 642 Tage lang im Blickfeld der Menschen, bevor es im weiten Sternenhimmel verschwand. Heute weiß man, dass es sich um eine Supernova handelt, und hat ihr die Nummer SN 1054 gegeben, auch bekannt als Tianguan-Gaststern. Der Überrest, den er hinterließ, ist der berühmte Krebsnebel. Der Krebsnebel ist das erste Objekt im Messier-Katalog, nämlich M1, und liegt nordwestlich von Zeta Taurus (der alte chinesische Name für den Stern war Tianguan). Mit einer scheinbaren Helligkeit von 8,4 ist er mit bloßem Auge schwer zu erkennen, kann unter guten Bedingungen jedoch mit einem Fernglas gerade noch beobachtet werden.

Softwaresimulation der Explosion von SN 1054 sowie zugehörige Aufzeichnungen in alten chinesischen Büchern, Quelle: Stellarium, „Sammlung antiker chinesischer astronomischer Aufzeichnungen“

Der Krebsnebel befindet sich bei Rektaszension 05h34m31.94s, Deklination +22°00′52.2″ (Epoche J2000) auf der Himmelskugel. Zusätzlich zu M1 wird es auch als NGC 1952, LBN 833 usw. nummeriert. Es ist der erste bestätigte Supernova-Überrest mit einem Pulsar in seinem Zentrum. Der Krebsnebel ist etwa 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt, hat einen Durchmesser von etwa 11 Lichtjahren und dehnt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.500 Kilometern pro Sekunde aus.

Der Krebsnebel M1. Quelle: Stellarium

Auf dem Foto des Krebsnebels können wir zwei Bereiche unterschiedlicher Farbe unterscheiden: Der äußere Teil besteht aus roten Filamentstrukturen und sein Spektrum enthält starke Emissionslinien. Bei der Supernova-Explosion im Jahr 1054 stieß der Vorgängerstern des Krebsnebels seine äußere Materieschicht mit extrem hoher Geschwindigkeit aus. Diese Materialien interagierten mit der umgebenden interstellaren Materie und bildeten filamentartige Strukturen. und der blaue diffuse Bereich in der Nähe des Kerns. Das Spektrum dieses Bereichs ist ein kontinuierliches Spektrum. Die Elektronen im Inneren des Krebsnebels werden durch das Magnetfeld des Pulsars abgelenkt und beschleunigt. Die Strahlung erscheint blau und ist stark polarisiert.

Der Krebsnebel, aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop. Quelle: NASA

Die Menschen beobachten den Krebsnebel seit fast tausend Jahren. Am 4. Juli 1054 bot sich am frühen Morgen ein seltsamer Anblick am östlichen Himmel. Die Beamten des Kaiserlichen Astronomischen Büros der Nördlichen Song-Dynastie haben dieses Ereignis getreulich aufgezeichnet: Im fünften Monat des ersten Jahres von Zhihe erschien es morgens im Osten und bewachte das Himmelstor. Tagsüber wurde es als Taibai mit Hörnern in alle Richtungen gesehen, in der Farbe Rot und Weiß, und es wurde 23 Tage lang gesehen (Song Huiyao). Außer in China wurden auch in Ländern wie Japan und dem Irak relevante Aufzeichnungen dieses Gaststars hinterlassen.

"Song History·Astronomy" verzeichnete auch den Gaststern Tianguan, Quelle: Referenz 6

Im Jahr 1731 beobachtete der britische Astronom John Bevis diesen mysteriösen Nebel zum ersten Mal und zeichnete ihn in seine Sternenkarte ein. Im Jahr 1758 entdeckte auch der französische Astronom Charles Messier unabhängig davon diesen Nebel in Richtung Stier und nahm ihn als Objekt Nr. 1 in seinen Sternenkatalog auf. (Messier suchte damals nach dem wiederkehrenden Halleyschen Kometen und verwechselte den Nebel mit ihm. Es dauerte einige Zeit, bis ihm klar wurde, dass dieses verschwommene Objekt kein Komet war. Diese Erfahrung veranlasste ihn, eine Liste kometenähnlicher Deep-Sky-Objekte zusammenzustellen, den Messier-Katalog.) In den frühen 1840er Jahren beobachtete auch der irische Astronom William Parsons, 3. Earl of Rosse, den Nebel und fertigte eine Skizze davon an. Da das von ihm gezeichnete Bild einer Krabbe sehr ähnlich sah, erhielt es den Namen „Krebsnebel“.

Skizze des Krebsnebels von William Parsons, Quelle: Referenz 5

Im Jahr 1921 entdeckte der amerikanische Astronom Carl Lampland, dass sich die Morphologie des Krebsnebels verändert hatte. Dies wurde später vom amerikanischen Astronomen John Duncan bestätigt, der betonte, dass sich der Krebsnebel ausdehnte. Im selben Jahr listete der schwedische Astronom Knut Lundmark in alten chinesischen Büchern 60 mutmaßliche „Novas“ auf (Supernovas waren damals noch nicht bekannt und einige dieser „Novas“ waren tatsächlich Supernovas), und der Gaststern 1054 war einer davon. Im Jahr 1928 erkannte der amerikanische Astronom Edwin Hubble, dass die Ausdehnung des Krebsnebels darauf hindeutete, dass er möglicherweise durch eine Sternexplosion entstanden war. Aus der Expansionsrate berechnete er, dass die Explosion vor 900 Jahren stattgefunden hatte und spekulierte erstmals, dass der Krebsnebel mit dem Gaststern im Jahr 1054 in Verbindung stehen könnte.

Im Jahr 1934 schlugen der deutsche Astronom Walter Baade und der Schweizer Astronom Fritz Zwicky die Existenz einer extrem energiereichen Sternexplosion vor, die als Supernova bezeichnet wird. Im Jahr 1939 maß der amerikanische Astronom Nicholas Mayall die Entfernung und Größe des Krebsnebels und schlussfolgerte, dass es sich bei dem Gaststern im Jahr 1054 möglicherweise um eine Supernova handelte. Außerdem bestätigte er vorläufig, dass der Krebsnebel wahrscheinlich ein Relikt dieser Supernova sei. Später führte Mayor gemeinsam mit dem niederländischen Astronomen Jan Oort detailliertere Untersuchungen durch und konnte schließlich die vorläufigen Schlussfolgerungen bestätigen, zu denen er bereits vor drei Jahren, im Jahr 1942, gelangt war.

Radioimpulse aus dem Krebsnebel. Bildnachweis: NRAO

Im Jahr 1968 entdeckten die amerikanischen Astronomen David Staelin und Edward Reifenstein mithilfe des Green-Bank-Radioteleskops zwei pulsierende Radioquellen in der Nähe des Krebsnebels und wiesen darauf hin, dass diese möglicherweise mit dem Krebsnebel in Zusammenhang stünden. Aufgrund der begrenzten Auflösung konnten sie diese jedoch nicht genau lokalisieren und daher keine eindeutige Antwort geben. Im November desselben Jahres konnten der amerikanische Astronom Richard Lovelace und andere mithilfe des Arecibo-Radioteleskops die Position einer der gepulsten Radioquellen genau bestimmen. Sie stellten fest, dass sie sich im zentralen Bereich des Krebsnebels befand, und maßen ihre Pulsperiode mit 33 Millisekunden. Dies ist das Kernmaterial, das von der Supernova im Jahr 1054 übrig geblieben ist – der Pulsar im Krebsnebel, auch als PSR B0531+21 bezeichnet. Der Pulsar im Krebsnebel hat einen Durchmesser von nur etwa 20 Kilometern, seine Masse ist jedoch größer als die der Sonne. Es handelt sich außerdem um einen seltenen optischen Pulsar mit Lichtvariationen im optischen Band. Der veränderliche Stern trägt die Nummer CM Tauri. Seine Lichtvariationsperiode ist dieselbe wie die Radiopulsperiode, beide betragen 33,085 Millisekunden, was auch seiner Rotationsperiode entspricht. Der Pulsar hat eine scheinbare Helligkeit von 16,65, was bedeutet, dass die absolute Helligkeit dieses sehr kleinen Supernova-Überrests etwa 5,3 beträgt, was mit der absoluten Helligkeit unserer Sonne (die etwas heller ist) vergleichbar ist.

Die Position des Krebsnebels auf der Sternenkarte. Quelle: Stellarium

Der Krebsnebel ist relativ dunkel und eines der schwieriger zu beobachtenden Objekte im Messier-Katalog. Mit einem 10×50-Fernglas können Sie unter guten Bedingungen nur einen unscharfen Fleck erkennen. Mit einem 5-Zoll-Teleskop kann man einen unregelmäßigen Nebel mit einer kaum erkennbaren Form kaum erkennen. Im Inneren des Nebels sind einige Streifenstrukturen undeutlich zu erkennen. Wenn Sie ein Teleskop mit großer Apertur verwenden, können Sie erkennen, dass der Hauptkörper des Krebsnebels S-förmig ist und ungefähr in Nordwest-Südost-Richtung verläuft, wobei die Südostseite dunkler ist und das Ende ein erweiterter Teil mit einem dunklen Bereich ist, der tief in ihn hineinreicht; Im mittleren Bereich des Nebels sind zwei Sterne der 16. Größenklasse zu erkennen, der dunklere im Südwesten ist der Krebsnebelpulsar.

Howard Banich, ein amerikanischer Amateurastronom, beobachtete den Krebsnebel und seinen Pulsar mithilfe eines 28-Zoll-Teleskops visuell und zeichnete diese Skizze. Quelle: Referenz 11

Der Krebsnebel ist einer der am intensivsten untersuchten und berühmtesten Supernova-Überreste. Fast ein Jahrhundert Forschung auf diesem Gebiet hat alle Aspekte der Astronomie tiefgreifend beeinflusst, insbesondere hochmoderne Bereiche wie Supernovae, Neutronensterne und kosmische Strahlung. Machen Sie sich doch in klaren Nächten vom Spätherbst bis zum frühen Frühling mit Ihren Freunden auf die Suche nach diesem uralten und geheimnisvollen Nebel und genießen Sie den Charme des Universums.

Verweise

(1) M1, SEDS Messier Datenbank, http://www.messier.seds.org/m/m001.html#bolton1949

(2) Krebsnebel, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula

(3) Ronald Stoyan, ATLAS der MESSIER-OBJEKTE

(4) Der Todeskampf der Sterne, NASA, https://science.nasa.gov/mission/hubble/science/science-highlights/the-death-throes-of-stars/

(5) Lord Rosses Zeichnungen von M1, dem Krebsnebel, http://www.messier.seds.org/more/m001_rosse.html

(6) Geschichte der Song-Dynastie: Astronomie, Nationale Digitale Bibliothek Chinas, http://read.nlc.cn/OutOpenBook/OpenObjectBook?aid=892&bid=222852.0

(7) Was ist Multiband-Astronomie? Das Lesen allein genügt! |Spickzettel für Astronomen, öffentliches WeChat-Konto „Institut für Hochenergiephysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften“, https://mp.weixin.qq.com/s/7-y781GOT_YBxxCSmN9CfA

(8) SN 1054, Wikipedia, https://en.m.wikipedia.org/wiki/SN_1054

(9) Krabbenpulsar, Wikipedia, https://en.m.wikipedia.org/wiki/Crab_Pulsar

(10) Der Krebspulsar und der Nebel, NRAO, https://www.nrao.edu/archives/items/show/33474

(11) Howard Banichs persönliche Homepage, https://sites.google.com/site/howardbanichhomepage/observations/observing-notebook-scans/notebook-10-1?authuser=0