
Ein internationales Astronomenteam unter Leitung von Mitgliedern des Laboratory for Space Research (LSR) und des Department of Physics der University of Hong Kong (HKU) hat ein seltenes himmlisches Juwel entdeckt – einen sogenannten planetarischen Nebel in einem 500 Millionen Jahre alten galaktischen offenen Sternhaufen namens M37 (auch bekannt als NGC 2099). Das ist ein sehr seltener Fund von hohem astrophysikalischen Wert. Die Ergebnisse wurden in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Planetarische Nebel sind die abgestoßenen, leuchtenden Hüllen sterbender Sterne, die in einem breiten Emissionslinienspektrum strahlen. Infolge dessen machen ihre einzigartigen Farben und Formen sie zu fotogenen Objekten von öffentlichem Interesse. Es war kein Zufall, dass eines der ersten vom James Webb Space Telescope (dem größten optischen Teleskop im Weltraum) veröffentlichten Bilder einen planetarischen Nebel zeigte.
Der planetarische Nebel mit der etwas umständlichen Bezeichnung IPHASX J055226.2+323724 ist unter den 4.000 bekannten planetarischen Nebel in unserer Galaxie erst das dritte Beispiel für eine Assoziation zwischen einem planetarischen Nebel und einem offenen Sternhaufen. Er scheint auch der älteste planetarische Nebel zu sein, der bislang entdeckt wurde. Das kleine Team unter Leitung von Professor Quentin Parker, dem Direktor des LSR, hat einige interessante Eigenschaften bestimmt: Die Autoren stellten fest, dass der planetarische Nebel ein „kinematisches Alter“ von 70.000 Jahren besitzt.
Diese Schätzung basiert darauf, wie schnell der Nebel expandiert, abgeleitet aus den Emissionslinien des Nebels und ausgehend von der Vermutung, dass diese Geschwindigkeit effektiv gleich blieb. Sie stellt die Zeitspanne dar, seit die Hülle des Nebels von dem sterbenden Stern abgestoßen wurde. Das Alter typischer planetarischer Nebel beträgt 5.000-25.000 Jahre. Verglichen mit solchen Objekten ist es wirklich alt, aber auf die hunderte Millionen Jahre lange Lebensspanne des Sterns selbst bezogen, ist es natürlich nur ein kurzer Augenblick.
Weil diese „Große alte Dame“ in einem Sternhaufen lebt, kann das Team anhand dieser Umgebung weitere Eigenschaften ableiten, was bei der normalen Population planetarischer Nebel in der Galaxie nicht möglich ist. Dazu gehört die Schätzung der Masse des Vorläufersterns, als er die Hauptreihe verließ. Sie kann aus den beobachteten Eigenschaften der tausenden Sterne in dem Sternhaufen abgeleitet werden, wenn man sie in einem Farben-Helligkeits-Diagramm aufträgt. Das Team kann mittels theoretischer und beobachteter Eigenschaften des heißen, blauen Zentralsterns auch die Restmasse des Sterns schätzen, der den Nebel abstieß.
Auf diese Weise stellten sie fest, wie massereich der Stern, der die Gashülle des Nebels abgestoßen hat, bei seiner Geburt war, und wie viel Masse jetzt in seinem kontrahierenden heißen Kern verblieben ist, einem sogenannten Weißen Zwerg. Neue Gaia-Daten des heißen, blauen Zentralsterns geben auch eine gute Entfernungsmessung, was bei diesem extremen Alter zu einer tatsächlichen Größe des Nebels von 3,2 Parsec führt. Ein Parsec ist eine Einheit zur Messung interstellarer Entfernungen und entspricht 3,26 Lichtjahren. Wenig überraschend liegt die Größe des Nebels auch an einem extremen Ende der physikalischen Größen für bekannte planetarische Nebel.
Der frühere HKU-Doktorand Dr. Vasiliki Fragkou, der Hauptautor der Studie, sagte: „Ich bin so aufgeregt, dass ich an der Untersuchung dieser faszinierenden seltenen Fälle von Assoziationen zwischen planetarischen Nebel und offenen Sternhaufen mitwirken kann, weil sie wichtige wissenschaftliche Ergebnisse liefern. Alle drei von uns gefundenen Beispiele sind bipolare Nebel, was die Form angeht. Sie sind alle sehr schwach und sehr weit entwickelt und zeigen anhand ihrer Emissionslinien alle eine Typ-I-Chemie. Und natürlich besaßen alle ihre Vorläufersterne eine mittelgroße bis große Masse.“
Der mitwirkende Autor Professor Quentin Parker sagte: „Dies ist erst das dritte Beispiel für einen planetarischen Nebel in einem galaktischen offenen Sternhaufen und meine Gruppe hat alle drei bestätigten Beispiele gefunden. Sie sind unglaublich selten, aber auch sehr wichtig, weil diese schönen Objekte uns erlauben, die sogenannte Anfangs-Endmasse-Beziehung für Sterne unabhängig von der traditionellen Methode zu bestimmen, welche sich auf Weiße Zwerge in Sternhaufen stützt.
„Erstaunlicherweise liegen all unsere Datenpunkte kurz unterhalb des derzeit etablierten empirischen Trends dieser Beziehung, aber ergänzen die ‚Macken‘ in dieser Beziehung, die kürzlich im Bereich von 2-3 Sonnenmassen des Vorläufersterns gefunden wurden (siehe Marigo et al in Nature Astronomy). Unsere Datenpunkte liegen in momentan kaum besiedelten Bereichen der Anfangs-Endmasse-Beziehung, was sie sogar noch wertvoller macht“, sagte Parker.
Der Co-Autor Professor Albert Zilijstra von der University of Manchester, der Hung Hing Ying Gastprofessor für Wissenschaft und Technologie am LSR sagte, die Sichtbarkeitsdauer der planetarischen Nebel sei in der Galaxie zuvor viel kürzer gewesen. „Dieses neue Ergebnis deutet darauf hin, dass der Entstehungsort eines planetarischen Nebels in einem offenen Sternhaufen eine Umgebung bereitstellt, die es dem Nebel ermöglicht, ohne Störung durch das interstellare Medium (das in einem offenen Sternhaufen typischerweise viel schwächer ist) zu expandieren und sich abzuschwächen – nicht so, wie es in der Galaxie der Fall wäre.
Studie: „The Planetary Nebula in the 500 Myr old Open Cluster M37“ von Fragkou et al.
(THK)
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