Objekte des Monats: Der Krebsnebel Messier 1

Am 4. Juli 1054 berich­te­ten chi­ne­si­schen Astro­no­men von einem „Gast­stern“ im öst­li­chen Teil des Stern­bilds Stier (Tau­rus). Ver­mut­lich wur­de die­se neue Stern auch von den Ana­sa­zi und Nava­jo India­nern in Ari­zo­na und New-Mexi­ko beob­ach­tet, wie Fun­de in Form von Fels­zeich­nun­gen andeu­ten. Heut­zu­ta­ge befin­det sich an der Posi­ti­on von Mes­sier 1 (NGC 1952), der auch als Krebs­ne­bel, Krab­ben­ne­bel oder Crab-Nebel bekannt ist, der ein­zi­ge in Mes­siers Kata­log auf­ge­führ­te Super­no­va-Über­rest. Die­ser wur­de im Jahr 1731 vom eng­li­schen Phy­si­ker und Ama­teur­as­tro­no­men John Bevis ent­deckt, der das Objekt in sei­nem 1750 fer­tig­ge­stell­ten aber nie ver­öf­fent­lich­ten Him­mels­at­las Ura­no­gra­phi­ca Bri­tan­ni­ca ein­trug. Charles Mes­sier ent­deck­te das Objekt am 28. August 1758 unab­hän­gig, als er auf der Suche nach dem Kome­ten war, der von Hal­ley für das Jahr 1758 vor­her­ge­sagt wur­de und der heut­zu­ta­ge als Hal­ley­scher Komet bekannt ist. Mes­sier bemerk­te, dass sich das Objekt, das er beob­ach­te­te und fälsch­li­cher­wei­se für den Kome­ten hielt, am Him­mel nicht beweg­te. Das war der Anlass des fran­zö­si­schen Astro­no­men, einen Kata­log der Stern­hau­fen und Nebel zu ver­öf­fent­li­chen, um zukünf­ti­ge Ver­wechs­lun­gen zu ver­mei­den. Schließ­lich nahm er den Krebs­ne­bel am 12. Sep­tem­ber 1758 als ers­tes Objekt in sei­nen neu­en Kata­log auf. Er beschrieb M 1 als weiß­li­chen Nebel ohne Ster­ne, ähn­lich einer Ker­zen­flam­me. Wil­helm Her­schel beob­ach­te­te Mes­sier 1 zwi­schen 1783 und 1809 mehr­mals und kam zu dem Schluss, dass es sich um eine Grup­pe aus Ster­nen han­del­te. Auch sein Sohn John ver­öf­fent­lich­te eine Abbil­dung von M 1 im Jahr 1833, der den Nebel als ova­len Stern­hau­fen zeig­te. Der im eng­li­schen Sprach­raum gebräuch­li­che Name „Crab Nebu­la“ stammt von Wil­liam Par­son, der 3. Earl of Ros­se, der den Nebel im Jahr 1840 von Birr Cast­le aus beob­ach­tet hat­te und im Jahr 1844 auch eine Zeich­nung von ihm ver­öf­fent­lich­te. Dabei ver­glich er die in dem Nebel visu­ell sicht­ba­ren Fila­men­te mit den Glied­ma­ßen einer Krab­be. Als er im Jahr 1848 den Nebel mit einem grö­ße­ren Tele­skop aber­mals beob­ach­te­te, konn­te er die­se Ähn­lich­kei­ten nicht mehr bestä­ti­gen. Das ers­te Foto von M 1 über­haupt wur­de im Dezem­ber 1892 von Dr. Isaac Roberts mit einem 20-Zoll-Tele­skop aufgenommen.

Die Supernova von 1054

Der Krebs­ne­bel ist der Über­rest einer Super­no­va, indem sich ein Pul­sar­wind-Nebel gebil­det hat, der Gam­ma­strah­len von mehr als 100 Ter­ra­elek­tro­nen­volt (TeV) emit­tiert. Gleich­zei­tig ist Mes­sier 1 auch das ers­te Objekt in der astro­no­mi­schen For­schung, das mit einer Super­no­va­ex­plo­si­on in Ver­bin­dung gebracht wur­de. Mit einer Hel­lig­keit von 8,4 mag und einer schein­ba­ren Aus­deh­nung von 6 x 4 Bogen­mi­nu­ten am Him­mel oder 10 x 7 Licht­jah­re, erscheint Mes­sier 1 im licht­star­ken Fern­glas und unter guten Beob­ach­tungs­be­din­gun­gen wie ein schwa­ches unschar­fes Stern­chen. Der Super­no­va­rest befin­det sich 6.300 Licht­jah­re von der Erde ent­fernt im Per­seus-Spi­ral­arm unse­rer Milchstraße. 

Der Krebs­ne­bel ent­stand bei der Super­no­va­ex­plo­si­on, als einem alten, mas­se­rei­chen Stern von ca. 10 Son­nen­mas­sen der Kern­brenn­stoff aus­ge­gan­gen war. Nach­dem die Kern­fu­si­ons­pro­zes­se im Inne­ren des Sterns zur Nei­ge ging, erlitt die­ser einen Kern­kol­laps, weil der nach außen gerich­te­te Strah­lungs­druck, das Gewicht der äuße­ren Schich­ten nicht mehr stand­hal­ten konn­te. Dar­auf­hin wur­den die äuße­ren Schich­ten des Sterns explo­si­ons­ar­tig in den Raum hin­aus­ge­schleu­dert. Für eine Dau­er von 23 Tagen war die­se Explo­si­on von der Erde aus gese­hen sogar am Tag­him­mel beob­acht­bar. Wei­te­re Unter­su­chun­gen erga­ben, dass die Super­no­va wahr­schein­lich im April oder im Mai des Jah­res 1054 am Him­mel erschie­nen ist und eine maxi­ma­le Hel­lig­keit von bis zu ‑7 mag erreich­te. Die­ser „Gast­stern“ war nach der ers­ten Beob­ach­tung unge­fähr 653 Tage lang mit blo­ßem Auge sicht­bar und gehört zu den weni­gen geschicht­lich beleg­ten Super­no­va­ex­plo­sio­nen in unse­rer Gala­xis. Denn seit dem Jahr 1054, wur­den in unse­rer Milch­stra­ße erst drei wei­te­re Super­no­vae beobachtet.

Der Crab-Pulsar

Der Kern des ster­ben­den Sterns kol­la­bier­te wei­ter zum Neu­tro­nen­stern, mit einem Durch­mes­ser von unge­fähr 28 bis 30 Kilo­me­tern und 1,4 bis 2 Son­nen­mas­sen. Die ent­ar­te­te Mate­rie in die­sen Neu­tro­nen­ster­nen ist sehr kom­pakt. Ein Zucker­wür­fel Mate­rie wür­de auf der Erde eini­ge Mil­li­ar­den Ton­nen wie­gen. In den Jah­ren 1913 bis 1915 wur­de M 1 spek­tro­sko­pisch unter­sucht und Ves­to Slipher erkann­te gespal­te­nen Spek­tral­li­ni­en im Spek­trum, was Heber Doust Cur­tis zum Anlass nahm, den Nebel als Pla­ne­ta­ri­schen Nebel zu klas­si­fi­zie­ren. Spä­ter stell­te sich her­aus, dass die­se Spek­tral­li­ni­en durch einen Dopp­ler­ef­fekt erklärt wer­den konn­te mit der Erkennt­nis, dass sich der Krebs­ne­bel sehr schnell aus­brei­te­te. Die Exis­tenz eines Pul­sars wur­de erst­mals in den 1960er Jah­ren vom ita­lie­ni­schen Astro­phy­si­ker Fran­co Paci­ni vor­her­ge­sagt, um die Hel­lig­keit des Krebs­ne­bels zu erklä­ren. Der Krebspul­sar (PSR B0531+21) wur­de schließ­lich im Jahr 1968, mit Hil­fe des Are­ci­bo-Radio­te­le­skop zum ers­ten Mal beobachtet. 

Der Pul­sar rotiert in einer Sekun­den 30 Mal um sei­ne Ach­se. Die­se Peri­ode von 33,5 Mil­li­se­kun­den ver­lang­samt sich all­mäh­lich, auf­grund der magne­ti­schen Wech­sel­wir­kung mit der Mate­rie des Nebels. Der durch die star­ken Magnet­fel­der gebün­del­te Strahl des Crab-Pul­sars, der auch im opti­schen, Röntgen‑, Gam­ma- und im Radio­be­reich sicht­bar ist, über­streicht in die­ser Zeit die Sicht­li­nie der Erde, so dass eine Art Blin­ken sicht­bar wird. Im Bereich der Gam­ma­strah­len gehört der Krebs­ne­bel zu den hells­ten Objek­ten an unse­rem Him­mel und ist die stärks­te bestän­di­ge Quel­le für Rönt­gen- und Gam­ma­strah­lung mit Ener­gien über 30 Kilo­elek­tro­nen­volt. Auf­grund sei­ner inten­si­ven Radio­strah­lung, ist M 1 auch als Tau­rus A bzw. 3C 144 bekannt. Der Neu­tro­nen­stern sel­ber besitzt eine Tem­pe­ra­tur von 500.000 Kel­vin, ein star­kes Magnet­feld von 100 Mil­lio­nen Tes­la und eine Leucht­kraft von 75.000 Son­nen, wobei die meis­te Ener­gie außer­halb des sicht­ba­ren Spek­trums emit­tiert wird. Visu­ell besitzt der Zen­tral­stern nur eine Hel­lig­keit von 16 mag. Bevor der Pul­sar im Radio­be­reich ent­deckt wur­de, wur­de sein visu­ell sicht­ba­res Pen­dant bereits 1942 von dem deutsch-ame­ri­ka­ni­schen Astro­no­men Rudolf Min­kow­ski nach­ge­wie­sen. Im frü­hen zwan­zigs­ten Jahr­hun­dert beob­ach­te­te bereits ver­schie­de­ne Astro­no­men, dar­un­ter Carl Otto Lam­p­land, Knut Lund­mark, Nicho­las Mayall sowie Edwin Hub­ble, ver­än­der­li­che Struk­tu­ren im Nebel und schluss­fol­ger­ten, dass der Krebs­ne­bel durch die Super­no­va SN 1054 ent­stan­den sein muss, die von chi­ne­si­schen, japa­ni­schen und ara­bi­schen Astro­no­men auf­ge­zeich­net wur­den. Der Zen­tral­stern im Krebs­ne­bel lie­fer­te somit den end­gül­ti­gen Beweis für die Theo­rie, dass Pul­sa­re durch Super­no­va-Explo­sio­nen gebil­det werden.

Der dem Pul­sar umge­be­ne Nebel ist von röt­li­chen Fila­men­ten durch­zo­gen, die aus den äuße­ren Scha­len des Ursprungs­sterns ent­stan­den sind. Sie bestehen zum größ­ten Teil durch die Strah­lung des Neu­tro­nen­sterns ioni­sier­ten Was­ser­stoff und Heli­um. Das Gas wird auch an den Stoß­fron­ten auf­ge­heizt, so dass es eben­falls zum Leuch­ten ange­regt wird. Auch gerin­ge Antei­le von Koh­len­stoff, Sau­er­stoff, Stick­stoff, Eisen, Neon und Schwe­fel sowie Staub sind dar­in ent­hal­ten. Die Tem­pe­ra­tu­ren der Fila­men­te lie­gen zwi­schen 11.000 und 18.000 Kel­vin. Der dif­fu­se inne­re Bereich des Nebels erscheint bläu­lich und wird durch hoch­gra­dig pola­ri­sier­te Syn­ch­ro­ton­strah­lung zum Leuch­ten ange­regt, die durch die schnel­le Bewe­gung von Elek­tro­nen nahe der Licht­ge­schwin­dig­keit, in einem star­ken Magnet­feld, erzeugt wer­den. Der Nebel dehnt sich mit einer Geschwin­dig­keit von 1.500 Kilo­me­tern pro Sekun­de bzw. 0,2 Bogen­se­kun­den pro Jahr in den inter­stel­la­ren Raum aus, so dass Ver­än­de­run­gen auf Fotos schon nach weni­gen Jah­ren sicht­bar wer­den. Ver­än­de­run­gen im Zen­trums des Nebels sind sogar inner­halb weni­ger Tage nach­weis­bar, in Form von dyna­mi­schen Schock­fron­ten, die durch den Pul­sar­wind und Mate­rie inner­halb des Nebels ver­ur­sacht werden.

Beobachtung

Unter einem dunk­len Land­him­mel soll­te der Krebs­ne­bel schon als mat­tes Wölk­chen in einem 10x50 Fern­glas sicht­bar sein. Bes­ser ist natür­lich ein Tele­skop, wel­ches auch höhe­re Ver­grö­ße­run­gen zulässt. So reicht schon ein 2 Zoll gro­ßes Fern­rohr aus, um den leicht ova­len Nebel zu beob­ach­ten. In klei­nen Fern­roh­ren von 3 bis 4 Zoll Öff­nung ist der Anblick des Krebs­ne­bels aber eher ent­täu­schend und ähnelt eher einem Kome­ten ohne Schweif mit hel­le­ren Rän­dern. Ein O‑III Fil­ter und Tele­s­ko­pöff­nun­gen von 6 bis 8 Zoll soll­ten aber hel­fen, auch bei nicht ganz opti­ma­len Bedin­gun­gen eini­ge Details erkenn­bar wer­den zu las­sen in Form von fle­cki­gen bzw. strei­fen­för­mi­gen Struk­tu­ren. Der Nebel sel­ber erscheint nun S‑förmig, mit einem hel­le­ren Teil an der nord­west­li­chen und einen schwä­che­ren und deut­lich dif­fu­ser erschei­nen­den Teil an der süd­öst­li­chen Flan­ke. Selbst mit grö­ße­rer Öff­nung ist es schwie­rig, ein­zel­ne Details zu erken­nen. Die Fila­men­te, die vor allem auf Fotos sicht­bar sind, sind ab einer Öff­nung von 12 Zoll und mehr wahr­nehm­bar. Die nord­west­li­che Spit­ze des Nebels erscheint hier viel hel­ler, als der süd­west­li­che und eher unre­gel­mä­ßig geform­te Teil. Eine dunk­le Bucht teilt den Nebel in einen hel­le­ren und in einen schwä­che­ren Abschnitt. Mit einem Pola­ri­sa­ti­ons­fil­ter las­sen sich auch ört­li­che Pola­ri­sa­ti­ons­ef­fek­te im Nebel beob­ach­ten. Visu­ell ist der Crab-Pul­sar, unter sehr guten Bedin­gun­gen, mit Tele­sko­pen ab 20 Zoll nachweisbar.

Um Mes­sier 1 zu fin­den, soll­te Zeta Tau­ri, die süd­li­che Hör­ner­spit­ze des Stiers, direkt in die Sucher­mit­te ein­ge­stellt wer­den. Der Super­no­va­über­rest befin­det sich süd­öst­lich eines Sterns der 6. Grö­ßen­klas­se und unge­fähr 1,2° in nord­west­li­cher Rich­tung ent­fernt von einer Ster­nen­grup­pe aus 6 und 7 mag hel­len Ster­nen, die mit Zeta Tau eine Art Tra­pez bilden.

Auf­such­kar­te Krebs­ne­bel (Mes­sier 1) (156,0 KiB, 340 hits)

Steckbrief für Messier 1