Was sind Nebel und warum braucht unser Universum sie?

Nebel sind riesige Staub- und Gaswolken im Weltraum, die als Kindergärten für die Geburt neuer Sterne dienen. Einige Nebel entstehen als Folge des Todes eines Sterns. Nachdem sein Lebenszyklus abgeschlossen ist, einige Sterne in Supernovae explodieren, schleudert riesige Wolken aus Trümmern und Gasen in den Weltraum. Andere Nebel entstehen, wenn interstellare Materie wie Gase und Staubpartikel im Weltraum zusammenkommen und aufgrund der Schwerkraft Klumpen bilden, wodurch Bereiche entstehen von immer größerer Dichte.

Turbulenzen tief in diesen Wolken erzeugen Bereiche mit hoher Dichte, die als "Knoten" bezeichnet werden. Wenn die Knoten genügend Masse enthalten, können Gas und Staub durch die Gravitationsanziehung kollabieren. Wenn der Knoten kollabiert, verursacht der Gravitationsdruck das Material im Zentrumzu erhitzen, wodurch ein Protostern entsteht. Wenn der Kern des Protosterns heiß genug wird, um die Fusion zu entzünden, wird ein Stern geboren.

Allerdings wird nicht das gesamte Material in der kollabierenden Wolke zu einem Teil eines Sterns. Der verbleibende Staub kann auch zu Planeten verschmelzen oder kleinere Objekte wie Asteroiden. Laut Hubblesite sagen dreidimensionale Computermodelle der Sternentstehung voraus, dass das kollabierende Gas und der Staub gewöhnlich in zwei oder mehr unterschiedliche Klumpen zerfallen. Forscher vermuten, dass dies der Grund ist, warum die Mehrheit der Sterne in der Milchstraße gepaart oder ineinander sindGruppen.

Einer der hellsten Nebel ist der Orionnebel, der etwa 1.345 Lichtjahre entfernt liegt. Dies ist auch die der Erde am nächsten gelegene Sternentstehungsregion.

Orion ist jedoch nicht der nächste Nebel; der Helix-Nebel, der Anfang des 19. Jahrhunderts von Karl Ludwig Harding entdeckt wurde, gilt als der erdnächste Nebel. Er befindet sich bei a Entfernung ca. 655 Lichtjahre aber es besteht aus den Ruinen eines toten Sterns und kann keine neuen Körper gebären.

Wie entsteht ein Nebel?

Obwohl der Weltraum leer erscheinen mag, enthält er tatsächlich eine beträchtliche Menge an Gas- und Staubpartikeln, die als bezeichnet werden. Interstellares Medium ISM. Ein Großteil davon besteht aus Gas mit etwa 75 % Wasserstoff und etwa 25 % Helium. Das interstellare Medium enthält sowohl neutrale Atome und Moleküle als auch geladene Teilchen wie Ionen und Elektronen. Normalerweise sind diese Teilchen sehrverteilt, mit einer durchschnittlichen Dichte von nur etwa 1 Atom pro Kubikzentimeter. Im Vergleich dazu enthält die Erdatmosphäre auf Meereshöhe etwa 25 x 10¹⁸ Moleküle pro Kubikzentimeter.

Obwohl dies eine sehr geringe Dichte ist, kann sich die Gesamtmenge an Materie über die großen interstellaren Entfernungen zu einer beträchtlichen Menge summieren. Im Laufe der Zeit kann die Anziehungskraft der Schwerkraft dazu führen, dass diese Materie zu immer größeren Klumpen zusammenfließt. In Regionen mit hoher Dichte, der Gravitationsdruck kann dazu führen, dass sich das gasförmige Material so weit erhitzt, dass es eine Fusion auslöst. Wenn dies geschieht, können neue Sterne entstehen.

Allerdings ist Gravitationsanziehung nicht der einzige Weg, wie ein Nebel entstehen kann. Wenn ein sterbender Stern groß genug ist explodiert in einem Supernova ein astronomisches Ereignis, das das Ende des Lebenszyklus eines Sterns markiert, das bei der Explosion ausgestoßene Material kann zusammen mit anderem interstellarem Material, das von der Schockwelle aufgewirbelt wird, eine Art Nebel bilden als Supernova-Überrestnebel bezeichnet. Diese sind nicht immer sichtbar, können aber aufgrund von Wechselwirkungen mit dem umgebenden interstellaren Medium starke Röntgen- und Radiowellen aussenden. Überrestnebel zerstreuen sich schließlich in die ISM, normalerweise nach mehreren hunderttausend Jahren oder so.

Eine andere Art von Nebel, die nach dem Tod eines massearmen Sterns mit einer Masse zwischen einer und acht Sonnenmassen entsteht, wird Planetarischer Nebel genannt.

Das Wort planetarisch ist etwas irreführend, da diese Nebel nichts mit den Planeten zu tun haben. Vielmehr erhielten sie den Namen vom Astronomen William Herschel aus dem 19. Jahrhundert, weil die neuen Objekte beim Betrachten einem Gasriesen ähnelten in einem Teleskop.

Am Ende seines Lebenszyklus sprengt der Stern seine äußere Hülle ab.Die Materie aus der äußeren Schicht verteilt sich um den sterbenden Stern und verursacht die Bildung eines planetarischen Nebels. Die Strahlung, die vom expandierenden Kern des Sterns abgegeben wird ionisiert die Trümmer und Gase das aus der Explosion resultierte. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Kern noch Hitze verbrennt, wird er ein weißer Zwergstern genannt. Wenn der Kern des planetarischen Nebels abkühlt, wird er zu einem schwarzen Zwergstern.

Planetarische Nebel, die durch den Tod von Zwergsternen entstehen wie der Medusennebel und Supernova-Überrestnebel wie der Krebsnebel können keine neuen Sterne entstehen lassen, aber interstellare Molekülwolken wie der Schwanennebel oder der Orionnebel wirken alsaktive Sternenkindergärten. Die meisten Nebel sind riesig und überspannen mehrere Lichtjahre in der Größe, aber sie haben eine sehr geringe Dichte, zum Beispiel beträgt das Gewicht der Erde 5,972 x10²⁴ kg, aber ein Nebel mit der gleichen Größe wie die Erde würde nur ein paar Pfund wiegen.

Nebelarten

Neben Supernova-Überresten und planetarischen Nebeln gibt es drei weitere Arten von Nebeln. Die meisten fallen in die Kategorie der diffusen Nebel, was bedeutet, dass sie keine klar definierten Grenzen haben. Die diffusen Nebel werden aufgrund ihres Verhaltens in zwei Kategorien unterteiltmit sichtbarem Licht – „Emissionsnebel“ und „Reflexionsnebel“. Daneben gibt es noch Dunkelnebel.

Emissionsnebel

Emission Nebel bestehen aus Wolken aus ionisiertem Gas, die emittierenLichtbeioptische Wellenlängen . Sie haben sehr unterschiedliche Dichten und ihre Masse reicht normalerweise von 100 bis 10.000 Sonnenmassen.

Sie können auftreten, wenn ein interstellares Gas Wolke mit hohem Anteil an neutraler Wasserstoff-Atome werden von heißen O-Typ-Sternen bläulich-weiße Sterne mit Oberflächentemperaturen in der Regel um 25.000–50.000 K ionisiert. Diese geben große Mengen hochenergetischer Photonen ab. Diese Photonen zerlegen die neutralen Wasserstoffatome in Wasserstoffkerne und Elektronendie rekombinieren, um in einem angeregten Zustand neutralen Wasserstoff zu bilden. Wenn die neutralen Wasserstoffatome in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehren, emittieren sie Photonen mit Wellenlängen am roten Ende des Spektrums, wodurch Emissionsnebel eine charakteristische rote Farbe erhalten.

Emissionsnebel werden oft HII-Regionen genannt, weil sie größtenteils aus ionisiertem Wasserstoff bestehen Astronomen verwenden den Begriff HII für ionisierten Wasserstoff und HI für neutralen Wasserstoff.

Reflexionsnebel

Diese werden erstellt, wenn Licht von einem Stern wird von einer benachbarten Staubwolke gestreut oder reflektiert. Die hellsten Reflexionsnebel werden von Sternen des B-Typs beleuchtet. Diese sind sehr hell, haben aber im Allgemeinen Temperaturen von weniger als etwa 25.000 Kelvin, kühler als die Sterne des O-Typs, die produzierenEmissionsnebel.

Das gestreute Licht ist leicht polarisiert. Weil die Größe der Staubpartikel in der Wolke ähnlich der istWellenlänge Von blauem Licht wird blaues Licht am stärksten gestreut. Das Ergebnis ist, dass diese Nebel oft blau erscheinen.

Dunkelnebel

Diese enthalten sehr hohe Konzentrationen an Staubpartikeln, so dass sie einfallende optische streuen und absorbierenLichtt, wodurch sie als dunkler Fleck im Weltraum erscheinen. Sie sind am auffälligsten, wenn sie sich vor einem helleren Bereich wie einem Emissionsnebel oder in einer Region mit einer großen Anzahl von Sternen befinden. Bekannte Beispiele sind der Kohlensacknebel, der auf der Südhalbkugel sichtbar ist, und der Pferdekopfnebel.

Dunkle Nebel sind auch sehr kühl, mit einer Durchschnittstemperatur von etwa 10 bis 100 Kelvin. Diese niedrigen Temperaturen Wasserstoff fördern Bildung und deshalb fungieren Dunkelnebel im Allgemeinen als reiche Sternentstehungsregionen.

groß dunkelNebel mit mehr als einer MillionSonnenmassen aus Material und über 650 Lichtjahren oder mehr werden als Riese bezeichnetMolekülwolken . Die kleinsten, Bok-Globuli genannt, haben vielleicht einen Durchmesser von weniger als 3 Lichtjahren und enthalten weniger als 2.000 Solar Materialmassen.

Interessante Fakten über Nebel

Hier sind einige überraschende Fakten über Weltraumstaubwolken:

• Im Jahr 1786 entdeckte der Astronom Frederick William Herschel einen komplexen Nebel namens Katzenauge NGC 6543. Diese Staubwolke umfasst einen drei Lichtjahre großen Halo und zahlreiche Strukturen, die wie Knoten, Blasen, konzentrische Ringe, Schleifen usw. aussehen.Es war der erste Planetarischer Nebel, der von Wissenschaftlern entdeckt wurde, und bis jetzt waren Astronomen nicht in der Lage, seine Struktur vollständig zu verstehen.
• Vor dem 20. Jahrhundert war die Vorstellung von „Galaxie“ als separates Konzept nicht bekannt. Astronomen betrachteten Nebel und Galaxien als dasselbe, und deshalb wurde die erste entdeckte Galaxie, Andromeda, früher als Andromeda bezeichnetNebel. Jetzt wissen wir jedoch, dass eine Galaxie und ein Nebel verschiedene Dinge sind. Der Hauptunterschied zwischen den beiden besteht darin, dass ein Nebel aus dem interstellaren Medium entsteht, er hauptsächlich aus Helium und Wasserstoffgas besteht und im Allgemeinen Nebel Größen haben, die dazwischen liegenein paar und hundert Lichtjahre. Eine Galaxie hingegen ist viel größer, umfasst zwischen hundert und tausend Lichtjahre und besteht aus Staub, Sternen, Nebeln und Sonnensystemen.
• Der größte Nebel, „Tarantula“ genannt, ist an seiner größten Spannweite 1.800 Lichtjahre groß und befindet sich in einer Entfernung von etwa 170.000 Lichtjahren von unserem Planeten. Es ist ein Emissionsnebel in der Großen Magellanschen WolkeEs wird angenommen, dass Tarantula mit bis zu 800.000 Sternen und derzeit gilt es als die aktivste Sternengärtnerei, die bekannt ist.
• Die heißesten Sterne in unserer Galaxie könnten Temperaturen um die 250.000 °C haben, und sie befinden sich in der Schmetterlingsnebel NGC 6302, eine Staubwolke, die sich in Form von Schmetterlingsflügeln ausbreitet und sich etwa 4.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Skorpion befindet.
• 1995 wurde die Hubble-Weltraumteleskop hat ein Bild aufgenommen, das als „Säulen der Schöpfung“ bezeichnet wird. Das Bild zeigt hoch aufragende Ranken aus kosmischem Staub und Gas im Herzen des Adlernebels NGC 6611. Die "Säulen" sind Staub- und Gaswolken in einer aktiven Sternentstehungsregion des Nebels, mit neugeborenen Sternen, die in ihren dünnen Säulen verborgen sind. A später NASA-Studiebehauptete, dass eine Supernova im Inneren des Nebels die Säulen zerstört hatte, neue Beweise deuten jedoch darauf hin, dass die Säulen noch existieren und wahrscheinlich für die nächsten paar hunderttausend Jahre bestehen bleiben werden, bevor sie langsam verdampfen.

Viele Leute denken vielleicht, dass Nebel nur bunte Staubwolken sind, die Astronomen findenBild durch Teleskope sehr helle Nebel wie der Orionnebel können sogar mit bloßem Auge beobachtet werden, aber sie sind so viel mehr. In ihnen werden nicht nur Sterne und Sonnensysteme geboren, sondern unser gesamtes Universum entwickelt sich kontinuierlich mithilfe dieser Sternenwolken.