Herschel beobachtet kosmischen Laser im Ameisennebel

Der Ameisennebel (Menzel 3), aufgenommen vom Weltraumteleskop Hubble. (Credits: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA))
Der Ameisennebel (Menzel 3), aufgenommen vom Weltraumteleskop Hubble. (Credits: NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA))

Astronomische Maser (das Radiowellen-Analogon zu einem Laser) wurden im Weltraum erstmals vor über 50 Jahren identifiziert und seitdem an vielen Orten beobachtet. Astronomische Laser hat man seitdem ebenfalls gefunden. Einige der spektakulärsten Maser befinden sich in Regionen aktiver Sternentstehungsprozesse. In einem Fall strahlt die Region in einer einzigen Spektrallinie so viel Energie ab wie die Sonne in ihrem gesamten sichtbaren Spektrum. Normalerweise stammt die Maser-Strahlung von Molekülen wie Wasser oder Hydroxyl-Radikalen, die von Kollisionen und der Strahlungsumgebung in der Nähe junger Sterne angeregt werden.

Im Jahr 1989 wurden Maser-Emissionen von atomarem Wasserstoff um den Stern MWC349 entdeckt. In dieser bemerkenswerten Quelle wurden seitdem auch Emissionen infraroter Wellenlängen entdeckt, die kurz genug sind, um sie als Laser-Emissionen (nicht nur als Maser) zu bezeichnen. Das Objekt wurde sorgfältig modelliert und die genauen Bedingungen, die die Laser- und Maser-Emissionen erzeugen, wurden bestimmt: Die Linien entstehen hauptsächlich in einer dichten Scheibe aus ionisiertem Gas, die fast von der Seite betrachtet wird. Seit der ersten Entdeckung hat man trotz vieler Suchen keine andere Quelle gefunden, die solch komplexe und dramatische Emissionen aufweist wie MWC349, obwohl mehrere andere Beispiele für schwache Wasserstoff-Maser gefunden wurden.

Der Astronom Rodolfo Montez vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) war Teil einer Gruppe von 15 Astronomen, die das Weltraumobservatorium Herschel verwendet haben, um planetarische Nebel zu untersuchen. In einem davon, Menzel 3 (auch bekannt als der Ameisennebel), entdeckten sie unerwarteterweise zwölf ferninfrarote Wasserstoff-Laserlinien. Obwohl sie verglichen mit anderen atomaren Linien in dem Nebel schwach sind, sind die Wasserstofflinien viel stärker als in jedem anderen bekannten planetarischen Nebel und stärker als erwartet. Ihre relative Stärken zeigen, dass sie nicht von dem normalen ionisierten Gas stammen können, das man in planetarischen Nebeln findet. Stattdessen spricht es für die Beteiligung von Bedingungen, die auf hohe Dichten oder einige ungewöhnliche Effekte hindeuten.

Die Linienverhältnisse sind jenen in MWC349 sehr ähnlich, was zu der Schlussfolgerung führt, dass es sich um Laser handelt. Weil Menzel 3 wie MWC 349 eine von der Seite betrachtete Scheibe und bipolare Ausströmungen aufweist, scheinen die physikalischen Gegebenheiten diese Schlussfolgerung zu unterstützen. Das neue Ergebnis fügt der kurzen Liste kosmischer, natürlicher Laser ein weiteres Beispiel hinzu, aber stellt auch ein Rätsel dar: Die Wasserstoff-Radio- beziehungsweise Maserlinien in MWC349 und anderen Quellen sind sehr starke Emitter, trotzdem wurden in Menzel 3 keine Maser registriert. Es gibt sicherlich noch mehr über dieses Objekt und über astrophysikalische Laser zu lernen.

Abhandlung: “Herschel Planetary Nebula Survey (HerPlaNS): Hydrogen Recombination Laser Lines in Mz 3” von Isabel Aleman, Katrina Exter, Toshiya Ueta, Samuel Walton, A. G. G. M. Tielens, Albert Zijlstra, Rodolfo Montez, Jr., Zulema Abraham, Masaaki Otsuka, Pedro P. B. Beaklini, Peter A. M. van Hoof, Eva Villaver, Marcelo L. Leal-Ferreira, Edgar Mendoza und Jacques D. R. Lepine, MNRAS 477, 4499, 2018.

Quelle

(THK)

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