Emissionsnebel

Sterne der Spektralklasse O oder B gehören zu den "vollschlanken" Vertretern ihrer Art: Es sind die massereichsten und damit auch heißesten Sterne einer Galaxie. Gehen Sie einmal an einem klaren Winterabend spazieren und betrachten das herrliche Sternbild des Orion. Mit einem Fernglas bewaffnet, finden wir unterhalb der drei Gürtelsterne einen verschwommenen Fleck, den berühmten Orion- Nebel (M42), die "Urmutter" aller Gas- und Emissionsnebel.

Hätten wir ein etwas größeres Instrument zur Hand wie das Hubble- Teleskop, könnten wir eine Gruppe aus 4 leuchtkräftigen, jungen Sternen sehen (in der linken Bildhälfte, im untenstehenden Bild nicht sichtbar), das Trapez. Einer von ihnen, δ¹ Orionis, ist deutlich heller als die anderen, es ist ein Hauptreihenstern der Spektralklasse O6 mit einer Oberflächentemperatur von 40 000 [K]. Er strahlt mehr als
250 000 Mal so hell wie die Sonne, überwiegend im Ultraviolettbereich und ist damit in der Lage, umgebende Gas- und Staubwolken von einigen hundert Sonnenmassen zu ionisieren (= Atome verlieren ihre Elektronen). Seine Ionisationswirkung reicht weit über 10 Lichtjahre in den umgebenden Gasnebel. Auch die anderen 3 Sterne des Trapezes ionisieren ihre Umgebung, andere helle Flecken sind Sternentstehungsgebiete mit protoplanetaren (protoplanetar = Vorläufer eines Planeten) Staubscheiben.

Man erahnt beim Vergleich mit dem nächsten Bild, welche ungeheuren Materiemengen sich in solchen Gebieten befinden.

Mit freundlicher Genehmigung von J. Bally, D. Devine, & R. Sutherland, D. Johnson (CITA), HST, NASA

In dieser phantastischen Aufnahme ist der gesamte, riesige Molekülwolkenkomplex des Orions zu sehen. Oben im Bild sehen wir den berühmten Pferdekopfnebel IC 434 (rot), den man nicht in kleinen Teleskopen erkennen kann, sondern nur auf lang belichteten Aufnahmen. Der helle Stern direkt darüber ist der erste der Gürtelsterne, ζ Orionis oder Alnitak genannt. Links darüber erkennt man den Flammennebel, einen großen Emissionsnebel mit dramatischen Dunkelwolken. Ganz unten der bekannte Orionnebel M 42 und etwas darüber sehen wir zunächst einen blauen Emissionsnebel und daran anschließend schwache rote Nebelschleier, die sich bis zum Pferdekopfnebel erstrecken. In 1500 Lichtjahren Entfernung gelegen, erstreckt sich das ganze Gebiet über hunderte von Lichtjahren und enthält Material für über 100 000 Sonnen.

Mit freundlicher Genehmigung von Emmanuel Mallart und NASA

Emissionsnebel sind sicherlich die schönsten Objekte des Firmaments. Die Sterne entstehen, wie wir gesehen haben, in den großen interstellaren Gas- und Staubwolken. Dabei haben massearme Sterne wie unsere Sonne kaum einen Einfluss auf die umgebenden Materiewolken. Dafür haben sie allerdings eine hohe Lebenserwartung und können sich in aller Ruhe von ihrem Geburtsort entfernen. Ihre massereichen Verwandten, Sterne der Spektralklassen O oder B, haben diese Zeit aber nicht. Sie verbrennen recht schnell ihre Vorräte und schaffen es erst gar nicht, weit von ihren Entstehungsorten zu entfliehen. Diese Sterne findet man daher nur in der Umgebung großer Gas- und Staubwolken.

Der Carina- Nebel, bekannt auch als Schlüssellochnebel oder NGC 3372. Er verdankt sein prächtiges Aussehen dem wohl massivsten Stern in der Milchstraße, η Carinae (HD93129 A, zu erkennen als hellste Stelle nahe der Bildmitte). Mit über 100 Sonnenmassen produziert er dermaßen hohe Strahlungsintensitäten, dass er zusammen mit einigen anderen sehr massereichen Sternen das ganze riesige Gebiet ionisiert und zum Leuchten anregt.

Mit freundlicher Genehmigung von Nathan Smith (University of Minnesota), NOAO, AURA, NSF

Die massereichen Sterne mit Oberflächentemperaturen zwischen 20 000 und 50 000 [K] emittieren ihr Licht überwiegend im energiereichen UV- Bereich. Diese Strahlung ionisiert die umgebenden Gase, d.h. die Gasatome werden mehr oder weniger ihrer Elektronen beraubt. Dermaßen angeregt, emittieren die Elektronen während der Rekombination die aufgenommene Strahlung wieder in Form sichtbaren Lichts, so dass wir die volle Pracht der riesigen Materieansammlungen betrachten können. Viel "Ruhe" wird den Elektronen jedoch nicht gegönnt, wenn sie ihren Platz im Atom wieder eingenommen haben, denn schon bald wird das nächste UV- Photon sie wiederum anregen.

Die riesigen Gasblasen, die vorwiegend aus ionisiertem Wasserstoff bestehen (HII- Gebiete), nennt man auch nach dem schwedisch- amerikanischem Astrophysiker Bengt Strömgren (1908- 1987) Strömgren- Blasen. Die von den Sternen ausgehende UV- Strahlung reicht soweit, bis sie irgendwann ihre "Kraft verlieren". Nach außen hin wird die Wolke deshalb sehr schnell neutral und dunkel. Nebenstehend der Tarantel- Nebel (30 Doradus), ein extrem heller Emissionsnebel von mehr als 1000 Lichtjahren Ausdehnung, er befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke. Es handelt sich um eine riesige HII- Region die, wenn sie sich in gleicher Entfernung befände, das gesamte Sternbild Orion einnähme!

Mit freundlicher Genehmigung von M. Schirmer, T. Erben, M. Lombardi (IAEF Bonn), European Southern Observatory

Ein weiteres Beispiel eines Emissionsnebels stellt der Lagunen- Nebel im Sternbild Sagittarius (Schütze) dar.

In 5000 Lichtjahren Entfernung gelegen überdeckt der Lagunen- Nebel M 8 die dreifache Fläche des Mondes am Himmel. Als eines der schönsten Objekte der nördlichen Himmels enthält er viele Sternentstehungsgebiete. Man kann ihn bereits mit bloßem Auge erkennen (Helligkeit 5^m9), seine ganze Pracht entfaltet er aber erst in größeren Instrumenten in roter Farbe, die vom Wasserstoff als Hauptbestandteil des Nebels stammt. Diese Aufnahme wurde aus 3 Bildern zusammengesetzt, die im Licht von Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel belichtet wurden.

Mit freundlicher Genehmigung von R. Barba, N. Morrell et al. (UNLP), CTIO, NOAO, NSF

Hier sehen wir einen Ausschnitt des östlichen Lagunen- Nebels. Wir sehen ein reiches Sternenfeld, eingebettet in Dunkelwolken, die das Licht dahinter liegender Sternkinderstuben verschlucken. Oben rechts erkennt man die Ausläufer des Lagunen- Emissionsnebels, während in der Bildmitte ein Reflexionsnebel zu sehen ist. Hier wird das Licht von einer Gruppe massiver, blauer Sterne an den Materiepartikeln gestreut.

Mit freundlicher Genehmigung von Jean-Charles Cuillandre (CFHT), Hawaiian Starlight, CFHT

Direkt oberhalb des Lagunen- Nebels, etwa 1° nördlich, findet man einen weiteren Emissionsnebel, den Trifidnebel M 20. Das hochenergetische Licht junger Sterne ionisiert auch hier den Wasserstoff, welcher für die rote Farbe verantwortlich ist. Die dunklen Stellen, welche das Gebiet in etwa dreiteilen (daher auch der Name), entstanden durch die Atmosphären kühler Riesensterne bzw. sind Supernovaüberreste. Das umgebende Blau ist wiederum ein Reflexionsnebel.

Mit freundlicher Genehmigung von Anglo-Australian Observatory, David Malin

Ein Blick in das Zentrum des Trifid- Nebels, der 5000 Lichtjahre von uns entfernt ist und einen Durchmesser von 50 Lichtjahren hat. Mit einem Alter von nur 300 000 Jahren ist er der jüngste bekannte Emissionsnebel. Wir sehen Wolken glühenden Gases, in die dunkle, dichte Staubwolken eingebettet sind, ein Gebiet intensiver Sternbildung. Noch tiefer in das chaotische Innere dieser riesigen Materieansammlung lässt uns dieser Link blicken, der einen Ausschnitt des unteren linken Bildsegments zeigt.

Mit freundlicher Genehmigung von GMOS, Gemini Observatory

Im Sternbild Monoceros (Einhorn) finden wir den nächsten Emissionsnebel, wegen seiner Form Rosetten- Nebel genannt.

Im New General Catalog einfach als NGC 2237 bezeichnet, verdient dieser schöne Nebel zu Recht seinen Namen. Im Zentrum des Nebels liegt ein offener Sternhaufen ( NGC 2244) aus hellen, jungen Sternen, die vor 4 Millionen Jahren entstanden. Durch ihre enormen stellaren Winde haben sie gleich nach ihrer Geburt begonnen, die umgebenden Wolken fortzublasen und so das Loch im Zentrum geschaffen. Jetzt regen sie mit ihrer intensiven Strahlung das Gas des Nebels an, der einen Durchmesser von 100 Lichtjahren hat und 5000 Lichtjahre entfernt ist.

Mit freundlicher Genehmigung von Robert Gendler, NASA

Der Pelikan- Nebel in 2000 Lichtjahren Entfernung liegt im Sternbild Schwan. Ein weiteres Sternentstehungsgebiet, gekennzeichnet durch dunkle Staubwolken, die in das ionisierte Gas eingebettet sind. Wir sehen eine Materieansammlung von 30 Lichtjahren Ausdehnung. Der Pelikan- Nebel liegt quasi an der "Ostküste" des Nordamerika- Nebels, der sich ebenfalls im Schwan befindet. In Wirklichkeit handelt es sich um ein riesiges, zusammenhängendes Gebiet ähnlich dem Orion- Komplex. Zur Orientierung: Der große dunkle Fleck links oben im Nebel stellt das Auge des Pelikans dar, nach links unten schließt sich der Schnabel an.

Mit freundlicher Genehmigung von Robert Gendler, NASA

Wie auf dieser Aufnahme des Nordamerika- Nebels zu sehen ist, befindet sich der Pelikan- Nebel direkt daneben. Beides sind recht lichtschwache Objekte, nur auf länger belichteten Aufnahmen erkennt man Form und Farben genau. Der Grund für den Namen des Nordamerika- Nebels ist wohl offensichtlich. Beide Nebel hängen eigentlich zusammen und werden scheinbar durch Dunkelwolken getrennt.

Mit freundlicher Genehmigung von Jason Ware und NASA

Reflexionsnebel

Ihre aktivste Lebensphase haben die massereichen Sterne, wenn sie verschwenderisch ihren Wasserstoffvorrat verbrennen und Oberflächentemperaturen von bis zu 50 000 [K] aufweisen. Im HR- Diagramm erscheinen sie daher in den Spektralklassen O und B, ihre Hauptenergie strahlen sie im UV- Bereich ab. Diese Strahlung kann umgebende Gas- und Staubwolken ionisieren und so als Emissionsnebel erscheinen lassen. Wenn aber der Brennstoff der massereichen Sterne zur Neige geht, sinkt ihre Effektivtemperatur und sie wandern durch das ganze HR- Diagramm bis hin zur Klasse M. Der Emissionsnebel verlöscht und wird jetzt zu einem Reflexionsnebel, weil das Licht der Sterne an den Teilchen der Materiewolken gestreut wird.

Im Sternbild Orion finden wir in der Nähe des Sterns Rigel, einem Blauen Überriesen, einen Reflexionsnebel von außergewöhnlicher Gestalt.

Spinnenbein und Krötenblut - fast könnte man glauben, das Antlitz einer Hexe zu erblicken! Nicht umsonst bekam dieser Reflexionsnebel den Namen Hexenkopfnebel, der etwa 1000 Lichtjahre von uns entfernt ist. Er wird von Rigel angestrahlt, der sich eine Bildweite rechts vom Nebel befindet. Feine Staubpartikel in IC 2118, wie der Nebel offiziell bezeichnet wird, reflektieren das Licht Rigels. Die blaue Farbe entsteht auf dieselbe Art, wie unser Blau des Himmels: die Staubpartikelchen reflektieren die blauen Anteile des Lichts viel effektiver als die roten. Auf der Erde übernehmen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle diese Funktion.

Mit freundlicher Genehmigung von G. Greaney und NASA

Ebenfalls im Orion, etwa 2° südlich des großen Orionnebels, finden wir einen weiteren Reflexionsnebel, genannt NGC 1999. In Form von Jets ausgestoßenes Gas ist meist das erste Anzeichen für Sterngeburten. Diese Jets reißen Löcher in die Materiewolken, aus denen die Sterne entstanden, und ihr Licht kann nun die Umgebung als Reflexionsnebel erleuchten lassen.

In der oberen Bildhälfte sieht man den Nebel NGC 1999, welcher den jungen Stern V380 Orionis enthält. Weiterhin ist eine dreieckförmige Säule aus Staub zu erkennen, die in den Reflexionsnebel ragt. Unterhalb dieser Region liegt ein weiteres Sternentstehungsgebiet, L1641N, bei dem das Licht von rund 50 neuen Sternen einen weiteren Reflexionsnebel erstrahlen lässt. Im Infrarotlicht hat man hier mehr als 6 Jets und Gaseruptionen erkannt. Die von den Sternen ausgehenden Jets können auf die umgebenden Materiewolken stoßen und dort mit hoher Geschwindigkeit aufprallen. In der Stoßfront wird Bewegungsenergie in thermische Energie umgewandelt und abgestrahlt, solche Objekte nennt man nach ihren Entdeckern Herbig-Haro-Objekte. Allein in diesem Nebel hat man Dutzende dieser Objekte gefunden.

Mit freundlicher Genehmigung von T.A.Rector, B.Wolpa und G.Jacoby (NOAO/AURA/NSF) sowie Hubble Heritage Team (STScI/AURA/NASA)

Der wohl bekannteste Reflexionsnebel ist der in den Plejaden, dem Siebengestirn.

Dieser sehr auffällige Sternhaufen ist bereits mit bloßem Auge ein schöner Anblick. Den dünnen Reflexionsnebel kann man aber nur auf lang belichteten Aufnahmen sehen, der vom Licht der vielen jungen Sterne angestrahlt wird. Kann man mit bloßem Auge je nach Sicht 5 oder 7 Sterne erkennen, bestehen die Plejaden doch aus über 3000 Sternen, darunter viele Braune Zwerge. Der Haufen hat nur einen Durchmesser von 13 Lichtjahren und ist 400 Lichtjahre entfernt.

Mit freundlicher Genehmigung von David Malin (AAO), AATB, ROE, UKS Telescope

Als letztes Beispiel eines Reflexionsnebels soll uns der Nebel um den Dreifachstern ρ (rho) Ophiuchi (Schlangenträger) dienen.

Den Dreifachstern Rho Ophiuchi sieht man in der oberen Bildmitte, umgeben vom blauen Reflexionsnebel IC 4604. Auch sieht man im oberen Bildbereich ausgedehnte Dunkelwolken, die das Licht dahinter liegender Sterne verschlucken. Die roten Nebel sind Emissionsnebel, das heiße Gas leuchtet dort selbst. Der sehr helle Stern auf der linken Seite der Bildmitte ist Antares, ein Roter Riese. Er ist umgeben von gelblichen Nebelschwaden, die ebenfalls Reflexionsnebel sind, erleuchtet von seinem Licht. Rechts davon sieht man den Kugelsternhaufen M 4, der allerdings schon zum Sternbild des Skorpions gehört.

Mit freundlicher Genehmigung des California Institute of Technology (Caltech)