Sternengeschichten Folge 388: Die Supernova im Jahr 1054 und der Krebsnebel

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Sternengeschichten Folge 388: Die Supernova im Jahr 1054 und der Krebsnebel

Im Jahr 1054 beobachteten chinesische Astronomen einen „Gaststern“. Mit dieser charmanten Bezeichnung waren Sterne gemeint, die eigentlich nichts am Himmel zu suchen hatten. Die Sterne verändern sich ja nicht, zumindest sieht es für uns Menschen so aus. Wenn wir heute Nacht zum Himmel blicken, dann sehen wir die gleichen Sterne an den gleichen Positionen und in den gleichen Konstellationen wie wir sie auch in der Nacht davor gesehen haben. Und der aktuelle Anblick des Nachthimmels unterscheidet sich auch nicht dramatisch von dem, den die Menschen vor tausend Jahren sehen konnte. Ok, damals war der Himmel noch viel dunkler weil damals niemand mit jeder Menge künstlicher Lichter den Himmel beleuchtet und die Sterne überstrahlt hat. Aber wenn wir heute die gleichen guten Beobachtungsbedingungen hätten wie die Menschen vor 1000 Jahren, dann würden wir auch die gleichen Sterne sehen können.

Wer den Himmel aufmerksam beobachtet, der kennt bald die meisten Sterne und weiß, wo und wie sie am Himmel angeordnet sind. Und da fällt es natürlich sofort auf, wenn da plötzlich ein Licht auftaucht, das vorher nicht da war. Genau so etwas hatten die Himmelsbeobachter der chinesischen Song-Dynastie am 4. Juli 1054 gesehen. Auch arabische Quellen aus der Zeit erzählen von einem neuen Stern der am Himmel aufgetaucht ist. Aus dem Europa der damaligen Zeit gibt es keine wirklich eindeutigen Dokumente. Man kann zwar Beschreibungen finden die von neuen und bis dahin unbekannten Lichtern am Himmel erzählen; die lassen sich aber nicht eindeutig datieren. Sicher ist auf jeden Fall: Menschen überall auf der Welt haben im Sommer 1054 einen Stern am Himmel gesehen der vorher nicht da war.

Heute nennen wir so etwas „Nova“ oder „Supernova“ und der lateinischen Begriff „nova“ weist ebenfalls darauf hin, dass es sich um einen neuen Stern handelt. Treffender ist aber tatsächlich der chinesische Begriff „Gaststern“ denn „neu“ ist an einer Supernova eigentlich nichts. Für uns sieht es zwar so aus, als wäre da ein neuer Stern am Himmel aufgetaucht. Was wir tatsächlich sehen ist aber ein sehr alter Stern, der zuvor zu schwach geleuchtet hat um von uns mit freiem Auge sichtbar zu sein. Erst wenn so ein Stern sein Leben explosiv beendet leuchtet er noch einmal für ein paar Wochen oder Monate dramatisch hell auf. Dieses letzte Sternenlicht das der sterbende Himmelskörper durchs All schickt können wir dann beobachten; so lange bis der Stern schließlich komplett verloschen ist.

Wie genau so eine Supernova abläuft habe ich zum Beispiel in den Folgen 6 oder 119 schon ausführlich erzählt. Darum soll es heute aber auch gar nicht gehen. Sondern um das, was nach so einer Supernova übrig bleibt. Nämlich ein Supernovaüberrest, was zugegebenermaßen eine sehr unoriginelle Bezeichnung ist. Aber aus wissenschaftlicher und ästhetischer Sicht definitiv enorm interessant und spannend!

Wer heute ein Teleskop, selbst ein vergleichsweise kleines, dorthin an den Himmel richtet wo 1054 der Gaststern aufgetaucht ist, wird dort einen kosmischen Nebel sehen. Eine große Wolke aus Staub und Gas, die mit ihren vielen Verästeltungen und Filamenten sehr beeindruckend aussieht. Dass dort, im Sternbild Stier, etwas zu sehen ist, hat schon 1731 der englische Arzt John Bevis entdeckt. Er baute sich im Norden von London eine kleine private Sternwarte und beobachtete den Himmel um einen Sternenatlas zu erstellen. Bei seiner systematischen Beobachtung des Himmels fand er auch die nebelartige Erscheinung die heute „Krebsnebel“ genannt wird. Unabhängig von Bevis fand auch der Franzose Charles Messier im Jahr 1758 diesen Nebel bei seiner Suche nach Objekten, die wie Kometen aussehen (warum er das tat habe ich in Folge 128 genauer erklärt). Der erste, der jede Menge Details beobachten konnte war William Parsons, der 3. Earl of Rosse der 1844 sein für die damalige Zeit gewaltig großes Spiegelteleskop mit einem Durchmesser von 91 Zentimetern benutzte um eine Zeichnung des Nebels anzufertigen. Er gab diesem Nebel auch seinen heutigen Namen, da seine Form ihn an einen Krebs erinnerte (obwohl ich persönlich in seiner Zeichnung eher eine Ananas erkenne als einen Krebs…)

Dass der Nebel aber weder einem Krebs noch einer Südfrucht ähnlich sieht zeigte sich gegen Ende des 19. Jahrhunderts, als die ersten Fotografien des Objekts angefertigt wurden. Was dieser Nebel aber eigentlich wirklich ist und woher er stammt war immer noch unklar. Der Krebsnebel war nicht der einzige Nebel dieser Art am Himmel und man nannte sie „Planetarische Nebel“, wie ich in Folge 303 erklärt habe. Mit Planeten haben sie aber gar nichts zu tun.

Der wahren Natur des Krebsnebels kam man erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf die Spur. Der amerikanische Astronom Carl Otto Lampland verglich aktuelle Bilder des Nebels mit früheren Aufnahmen und stellte fest, dass sich seine Form leicht verändert hatte. Andere Astronomen bestätigten das und dann fiel dem schwedischen Astronomem Knut Lundmark auch noch auf, dass der Nebel ungefähr dort am Himmel liegt, wo die alten chinesischen Aufzeichnungen den „Gaststern“ entdeckten. Die Astronomie war damals noch auf einem ganz anderen Wissensstand als heute: in den 1920er Jahren hatte man gerade erst entdeckt dass unsere Milchstraße nicht das gesamte Universum ausmacht sondern nur eine von unzähligen ähnlichen Galaxien voller Sterne ist. Edwin Hubble entdeckte die Expansion des Weltalls. Basierend auf Albert Einsteins Relativitätstheorie und neuen Erkenntnissen über den Aufbau von Atomen fand man heraus wie Sterne funktionieren und woher sie ihre Energie nehmen. Man stellte Vermutungen an, was so ein Stern am Ende seines Lebens tut und war gerade erst dabei zu verstehen, was eine Supernova oder ein Gaststern tatsächlich ist.

1928 konnte Edwin Hubble, der ja wie ich gerade gesagt habe, auch entdeckte dass sich das gesamte Universum ausdehnt, aus seinen Beobachtungsdaten auch genau messen, wie schnell sich der Krebsnebel verändert. Der sich eben nicht nur verändert, sondern auch ausdehnt. Das Gas des Nebels strömt nach außen und als Hubble zurück rechnete fand er heraus, dass es vor circa 900 Jahren eine Art Explosion gegeben haben musste, bei der der Nebel anfing sich auszudehnen. Es hat dann immer noch bis fast in die 1940er Jahre gedauert, bevor man genau messen konnte, wie schnell die Gasmassen des Nebels nach außen strömen. Wirklich schnell nämlich, mit fast 1500 Kilometer pro Sekunde! Und man fand heraus, dass das ganze Ding circa 4900 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Wenn der Krebsnebel also wirklich etwas mit dem Gaststern aus dem Jahr 1054 zu tun hatte, wie Lundmark vermutete, dann muss dieser Gaststern ENORM hell gewesen sein um aus dieser Entfernung noch mit freiem Auge sichtbar gewesen zu sein. Es musste sich um eines der Objekte handeln, deren Existenz erst kurz zuvor vorhergesagt worden ist: Eine „Supernova“, also ein großer Stern der am Ende seines Lebens explodiert. Der Kern des Sterns fällt dabei zu einem extrem dichten Objekt zusammen, ein Neutronenstern, während die äußeren Schichten ins All geschleudert werden und dort schöne große Nebel bilden.

Und tatsächlich fand man bald darauf Hinweise, dass sich im Zentrum des Krebsnebels ein Neutronenstern befindet; ein Objekt das ungefähr so schwer wie die Sonne ist, aber nur einen Durchmesser von ein paar Dutzend Kilometern hat. Was man auch fand, war Radiostrahlung die aus dieser Richtung am Himmel kam. Die Radioastronomie hatte ja in der Mitte des 20. Jahrhunderts gerade erst so richtig begonnen und der Krebsnebel war eine der ersten starken Radioquellen die man beobachten konnte. Auch das passt ins Bild. So ein Neutronenstern kann in seiner Umgebung Elektronen enorm schnell beschleunigen und dadurch Strahlung erzeugen. Mehr noch: Der Neutronenstern im Zentrum des Krebsnebels stellte sich als „Pulsar“ heraus. Also als Neutronenstern der so rotiert, dass er seine Radiostrahlung wie ein Leuchtturm bei jeder Rotation in Richtung der Erde fallen lässt, wie ich in Folge 142 genauer erklärt habe.

Wir wissen heute, dass sich an der Position des Krebsnebels früher einmal ein schwerer, großer Stern befunden haben muss. Er hatte circa die 10fache Masse der Sonne und irgendwann war der Brennstoff in seinem Inneren endgültig aufgebraucht. Die gesamte große Masse des Sterns fiel in sich zusammen, es gab eine gewaltige Explosion und deren Licht erreichte die Erde am 4. Juli 1054. Der sterbende Stern schleuderte ungefähr das 4fache der Sonnenmasse an Gas aus seiner Atmosphäre ins All hinaus bevor er kollabierte und einen kompakten, schnell rotierenden Neutronenstern bildete. Die davon fliegenden Gasmassen entfernten sich mit hoher Geschwindigkeit und tun das heute noch. Sie werden dabei von der Strahlung des toten Sterns in ihrer Mitte zum Leuchten angeregt und wir können dieses Licht analysieren und so feststellen, dass der Krebsnebel vor allem aus Wasserstoff und Helium besteht, mit geringeren Mengen an schweren Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Eisen, Neon oder Schwefel – also all das, was große Sterne durch Kernfusion in ihrem Inneren erzeugen.

Der Krebsnebel ist nicht nur enorm schön, sondern für die Wissenschaft auch enorm wichtig. Wir können in vergleichsweiser Nähe zur Erde die Überreste einer Supernova beobachten die vor kaum 1000 Jahren stattgefunden hat, also quasi gestern nach astronomischen Maßstäben. Die letzte Supernova die in unserer eigenen Milchstraße stattfand und die von Menschen beobachtet wurde, leuchte zu Beginn des 17. Jahrhunderts am Himmel auf. Seitdem warten wir mit alle unseren großen Instrumenten, Weltraumteleskopen und mathematischen Theorien zur Sternentwicklung darauf, dass wieder einmal ein Stern in unserer Ecke der Galaxie explodiert damit wir ihn genau studieren können. Wann das der Fall sein wird und wie lange wir wirklich warten müssen, ist unbekannt. Und deswegen bleibt uns bis dahin nichts anderes übrig als die Überreste solcher Sternexplosionen zu studieren. Aber wenn diese Reste so beeindruckend aussehen wie der Krebsnebel, ist das eine sehr dankbare Aufgabe…