Astronomie

Haben wir herausgefunden, wie Nebel ihre Form behalten?

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Wie Sie wissen, haben Nebel wie der Adlernebel, der Katzenaugennebel und die Säulen der Schöpfung außergewöhnliche Formen. Aber haben wir herausgefunden, warum das so ist? Ich habe versucht, es selbst zu erforschen, aber alles, was auftaucht, sind Theorien über ein Magnetfeld usw.


"Nebel" ist ein ziemlich ungenaues Wort; Im Laufe der Jahre wurde es auf alles angewendet, von interstellaren Staubwolken über Supernova-Überreste bis hin zu den Geburtsstätten von Sternen bis hin zu Galaxien. Wikipedia unterteilt echte Nebel in vier Kategorien: H-II-Regionen, planetarische Nebel, Supernova-Überreste und dunkle Nebel. In diesem Fall ist es möglicherweise besser, zwischen Nebeln zu unterscheiden, die hauptsächlich ein Sternensystem umgeben, und Nebeln, die im interstellaren Raum existieren und möglicherweise viele Sterne umfassen.

Zirkumstellare Nebel

Ich werde planetarische Nebel und Supernova-Überreste als zirkumstellare Nebel klassifizieren. Sie sind beide das Ergebnis eines Sterns, der in die letzte Phase seines Lebens übergeht.

Planetarische Nebel (einschließlich des Katzenaugennebels) sind die Überreste der äußeren Gasschichten, die von Sternen mit relativ geringer Masse wie der Sonne abgegeben werden. Balick & Frank (2002) unterteilen diese anhand der Morphologie in vier Kategorien:

  • Runden
  • Elliptisch
  • Bipolar
  • Irregulär

Die Namen beschreiben die Eigenschaften der Nebel ziemlich gut. Sie zeigen jedoch einen Beobachtungsbias; zum Beispiel kann ein bipolarer Nebel gefunden werden, wenn seine Keulen perfekt mit der Erde ausgerichtet sind. Die genauen Gründe für die Unterschiede sind nicht bekannt; Wikipedia zitiert Jordan et al. (2002) (was Sie vielleicht schon gelesen haben) mit der Aussage, dass Magnetfelder die Ursache sein könnten, aber es gibt offensichtlich andere Gründe für eine fehlende Kugelsymmetrie: starke Rotation (möglich bei einem AGB-Stern), heftiger Massenverlust ( bei Sternen dieser geringen Masse unwahrscheinlich), ein starker Sternwind, Wechselwirkungen mit anderen Körpern usw. Letzteres könnte die dramatischen Keulen von M2-9 verursacht haben, wo Wechselwirkungen mit einem binären Partner extrem ausgedehnte Gasströme erzeugen:


Bild mit freundlicher Genehmigung der ESA unter der Creative Commons Attribution 3.0 Unported-Lizenz.

Supernova-Überreste fallen in drei grundlegende Kategorien:

  • Schalenartig, das sind einfach kugelförmige Schalen
  • Verbund, gekennzeichnet durch Radioemission von einem Pulsar (mit potentieller schalenartiger Struktur)
  • Gemischt (manchmal auch als "Verbundwerkstoff" bezeichnet), der eindeutige Merkmale der beiden oben genannten aufweist, mit Röntgen- und Radioemissionen

Die NASA hat drei Seiten über die verschiedenen Typen, obwohl sie "composite" anstelle von "mixed" verwendet und "composite" -Nebel als "Crab-like" bezeichnet, nach dem Crab-Nebel. Die Form eines Überrests hängt davon ab, um welchen Typ es sich handelt; zum Beispiel können zusammengesetzte Nebel durch den Sternwind des zentralen Pulsars geformt werden.

Interstellare Nebel

H II-Regionen (zu denen der Adlernebel und natürlich die Säulen der Schöpfung gehören) und Dunkelnebel fallen in diese Kategorie. Beide können Teil von Molekülwolken sein oder mit ihnen interagieren, den Sternentstehungsregionen der Galaxie. H II-Regionen werden wie Molekülwolken von den Sternen in ihnen geformt. Strahlung ionisiert und verdrängt sogar das Gas, das junge, heiße Sterne umgibt, wodurch die Nebel aufgebrochen werden. Variationen in der Staubdichte bedeuten jedoch, dass verschiedene Teile mit unterschiedlicher Geschwindigkeit "verdampfen" können, was zu seltsamen Formen führt - einschließlich der Säulen der Schöpfung.

Evolution und Dissipation

Als ich Ihre Frage zum ersten Mal las, konzentrierte ich mich auf den Satz (Hervorhebung von mir)

wie Nebel halt ihre Formen

denn Nebel sind auf astronomischen Zeitskalen tatsächlich oft extrem kurzlebig. Während die genauen Lebensdauern variieren, sind sie im Vergleich zu den stellaren Lebensdauern normalerweise recht kurz:

  • Planetarische Nebel: In der Größenordnung von $sim10^4$ Jahre, obwohl dies durch den Vorläufer und die Morphologie des Nebels beeinflusst werden kann (siehe Badenes et al. (2015)).
  • Supernova-Überreste: In der Größenordnung von $sim10^5$ oder $sim10^6$ Jahre, obwohl dies davon abhängt, wie Sie die Lebensdauer eines Rests definieren. Es kann sich unterscheiden, wenn Sie es auf Röntgenstrahlung, Radioemission oder etwas ganz anderes definieren.
  • H II-Regionen: In der Größenordnung von $sim10^6$ oder $sim10^7$ Jahre, abhängig von der Entwicklung des Sterns/der Sterne in der Region. Ihr Strahlungsdruck wird die Gaswolke zerstreuen, daher hängt ihre Lebensdauer von ihren Eigenschaften ab. Wie Sterne, Nebel und das interstellare Medium erklärt, H II-Regionen würden länger leben, wenn sie nicht von den Sternen zerstreut würden. Andernfalls könnten sie um Größenordnungen länger überleben.

Charles Messier Biografie

Astronomen, die mit Hilfe früher Teleskope den Himmel nach Kometen absuchten, identifizierten gelegentlich verschwommene, undeutliche Flecken als entfernte Reisende. Um die Verwirrung zu beseitigen, erstellte der französische Astronom Charles Messier im Laufe seines Lebens einen Katalog von über hundert dieser Objekte, die als Nebel bekannt sind.

Charles Messier wurde am 26. Juni 1730 als zehntes von zwölf Kindern einer wohlhabenden französischen Familie geboren. Der Verlust seines Vaters im Alter von elf Jahren änderte jedoch den finanziellen Status der Familie, und Messier verließ die formale Bildung, um von seinen Eltern zu Hause unterrichtet zu werden älterer Bruder.

Im Alter von 21 Jahren trat Messier eine Stelle beim Astronomen bei der französischen Marine an, wo er die Himmelsbeobachtungen sorgfältig aufzeichnete. Messier war 1759 Chefastronom des Marine Observatory und 1771 selbst Astronom der Marine. 1764 wurde er Mitglied der renommierten Royal Society of London.

1770 heiratete Messier im Alter von 40 Jahren Marie-Francoise de Vermauchampt. Tragischerweise starb seine Frau weniger als zwei Jahre später zusammen mit Messiers neuem Sohn bei der Geburt.

Im Laufe seiner Karriere entdeckte Messier 40 Nebel und 13 Kometen. Er erstellte eine Liste von nebulösen Objekten in der nördlichen Hemisphäre, die als Messier-Katalog bekannt ist. Messier starb am 12. April 1817 im Alter von 86 Jahren.

Messiers Katalog

1757 begann Messier mit der Suche nach einem Kometen, dessen Rückkehr von Edmond Halley vorhergesagt wurde. Ein Fehler in den Berechnungen seines Arbeitgebers führte jedoch dazu, dass der unglückliche Messier am falschen Himmelsfleck suchte. Am 28. August 1758 entdeckte Messier einen verschwommenen Fleck im Sternbild Stier. Wiederholte Beobachtungen zeigten, dass sich der Fleck nicht im Verhältnis zu den Hintergrundsternen bewegte und somit kein Komet war. Der Nebel wurde der erste Eintrag in seinem Katalog, Messier 1 oder M1, auch bekannt als der Krebsnebel.

Das zweite Objekt in seinem Katalog, M2, war ein Nebel, der zuvor von einem italienischen Astronomen entdeckt wurde. Mit der Identifizierung eines dritten Nebels, eines Kugelsternhaufens, machte sich Messier an die Aufgabe, den Himmel nach diesen möglicherweise verwirrenden Objekten abzusuchen. Später sagte er, er habe seine Suche unternommen, "damit Astronomen diese Nebel nicht mehr mit Kometen verwechseln, die gerade auftauchen."

Messier widmete sich der Suche mit Entschlossenheit. In einem Zeitraum von sieben Monaten fügte er 1764 seinem Katalog 38 Objekte hinzu. Am 18. März 1781 registrierte Messier neun neue Nebel. Er begann auch, von anderen Astronomen entdeckte Nebel einzuschließen.

Neben dem Krebsnebel enthält der Messier-Katalog auch M31 und die Andromeda-Galaxie und den nächsten Nachbarn der Milchstraße. Der Orionnebel (M42 und M43) und die Plejaden (M45) sind ebenfalls Teil der Liste. M40 ist ein Doppelstern. [Bild: Spektakuläres Foto zeigt hellen Nebel in der Nähe von Orions Gürtel]

Bis 1781 hatte Messier einhundertdrei Nebel in seinem Katalog identifiziert. Vierzig der Objekte waren von Messier selbst entdeckt worden. Sieben Objekte, von denen bekannt ist, dass sie von Messier aufgezeichnet wurden, wurden im 20. Jahrhundert in den Katalog aufgenommen, wobei der letzte Eintrag, M110, 1967 hinzugefügt wurde.

Messiers Katalog dient auch heute noch als nützliches Werkzeug für Amateurastronomen, die die nördliche Hemisphäre erkunden.


Astronomen sezieren die Anatomie planetarischer Nebel mit Bildern des Hubble-Weltraumteleskops

Auf der linken Seite ist ein Bild des Jewel Bug Nebula (NGC 7027) zu sehen, das 2019 vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen und 2020 veröffentlicht wurde. Weitere Analysen von Forschern ergaben das RGB-Bild auf der rechten Seite, das die Auslöschung durch Staub zeigt, wie aus abgeleitet die relative Stärke zweier Wasserstoffemissionslinien, als rote Emission von Schwefel, relativ zu Wasserstoff, als grüne und Emission von Eisen als blau. Bildnachweis: STScI, Alyssa Pagan

Bilder von zwei ikonischen planetarischen Nebeln, die vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden, geben neue Informationen darüber, wie sie ihre dramatischen Merkmale entwickeln. Forscher des Rochester Institute of Technology und des Green Bank Observatory präsentierten auf der 237. Sitzung der American Astronomical Society am Freitag, 15. Januar, neue Erkenntnisse über den Schmetterlingsnebel (NGC 6302) und den Juwelenwanzennebel (NGC 7027).

Hubbles Wide Field Camera 3 beobachtete die Nebel 2019 und Anfang 2020 mit ihren vollen panchromatischen Fähigkeiten, und die an dem Projekt beteiligten Astronomen haben Emissionslinienbilder von nahem Ultraviolett bis nahem Infrarot verwendet, um mehr über ihre Eigenschaften zu erfahren. Bei den Studien handelte es sich um die ersten panchromatischen Bildgebungsstudien ihrer Art, die darauf abzielten, den Entstehungsprozess zu verstehen und Modelle der von Doppelsternen angetriebenen planetarischen Nebelformung zu testen.

"Wir sezieren sie", sagte Joel Kastner, Professor am Chester F. Carlson Center for Imaging Science and School of Physics and Astronomy des RIT. „Wir können die Wirkung des sterbenden Zentralsterns darin sehen, wie er sein ausgestoßenes Material abstößt und zerkleinert. Wir können sehen, dass das Material, das der Zentralstern weggeworfen hat, von ionisiertem Gas dominiert wird, wo es dominiert wird von kühlerer Staub und sogar wie das heiße Gas ionisiert wird, sei es durch die UV-Strahlung des Sterns oder durch Kollisionen, die durch seine gegenwärtigen, schnellen Winde verursacht werden."

Kastner sagte, die Analyse der neuen HST-Bilder des Schmetterlingsnebels bestätige, dass der Nebel erst vor etwa 2.000 Jahren ausgestoßen wurde – ein Augenzwinkern nach den Maßstäben der Astronomie – und dass die S-förmige Eisenemission, die ihm die "Flügel" von Gas kann noch jünger sein. Überraschenderweise fanden sie heraus, dass Astronomen zuvor glaubten, den Zentralstern des Nebels lokalisiert zu haben, es jedoch tatsächlich ein Stern war, der nicht mit dem Nebel in Verbindung steht und der der Erde viel näher ist als der Nebel. Kastner hofft, dass zukünftige Studien mit dem James Webb Space Telescope helfen könnten, den eigentlichen Zentralstern zu lokalisieren.

Oben ist ein Bild des Schmetterlingsnebels (NGC 6302) zu sehen, das 2019 vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen und 2020 veröffentlicht wurde. Weitere Analysen von Forschern ergaben das RGB-Bild auf der Unterseite, das die Auslöschung durch Staub zeigt, wie aus dem Verwandten abgeleitet Stärke zweier Wasserstoff-Emissionslinien, als rote Emission von Stickstoff, relativ zu Wasserstoff, als grüne und Emission von Eisen als blau. Bildnachweis: STScI, APOD/J. Schmidt J. Kastner (RIT) et al

Die laufende Analyse des Jewel-Bug-Nebels durch das Team basiert auf einer 25-jährigen Basis von Messungen, die bis in die frühe Hubble-Bildgebung zurückreichen. Paula Moraga Baez, ein Ph.D. in astrophysikalischen Wissenschaften und Technologie. Student aus DeKalb, Illinois, nannte den Nebel "bemerkenswert für seine ungewöhnliche Nebeneinanderstellung von zirkularsymmetrischen, axialsymmetrischen und punktsymmetrischen (bipolaren) Strukturen". Moraga bemerkte: "Der Nebel behält auch große Massen an molekularem Gas und Staub, obwohl er einen heißen Zentralstern beherbergt und hohe Anregungszustände aufweist."

Jesse Bublitz '20 Ph.D. (Astrophysikalische Wissenschaften und Technologie), jetzt Postdoktorand am Green Bank Observatory, hat die Analyse von NGC 7027 mit Radiobildern des Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) Telescope fortgesetzt, wo er molekulare Tracer von ultraviolettem und Röntgenlicht identifizierte, die weitergehen um den Nebel zu formen. Die kombinierten Beobachtungen von Teleskopen bei anderen Wellenlängen wie Hubble und den hellen Molekülen CO+ und HCO+ von NOEMA zeigen, wie verschiedene Regionen von NGC 7027 von der Bestrahlung seines Zentralsterns beeinflusst werden.

„Wir sind sehr gespannt auf diese Ergebnisse“, sagte Bublitz. „Wir hatten gehofft, eine Struktur zu finden, die CO+ und HCO+ eindeutig räumlich übereinstimmend oder vollständig in unterschiedlichen Regionen zeigt, was wir auch taten. Dies ist die erste Karte von NGC 7027 oder einem planetarischen Nebel im Molekül CO+ und nur die zweite CO+-Karte irgendeiner astronomischen Quelle."


Astronomie – Anzahl der Sterne

Noch einmal, Daf HaYomi nähert sich dem astronomischen sugyos von Maseches Rosh Hashana – ein guter Ort, um die Wunder des Kosmos zu erkunden.

GROSSE ZAHLEN

Im sefer Bereishis, Hashem verspricht Avraham, dass seine Kinder so zahlreich sein werden wie die Sterne und der Sand an der Küste Klal Jisroel, „Meine Tochter, ich habe 12 Konstellationen am Himmel erschaffen und für jede Konstellation habe ich 30 erstellt rihaton, und für jeden rihaton Ich habe 30 erstellt Karton, und für jeden Karton Ich habe 30 erstellt Ligyon, und für jeden Ligyon Ich habe 30 erstellt gistara, und für jeden gistara Ich habe 365.000 mal 10.000 Sterne aufgehängt, die den Tagen des Sonnenjahres entsprechen.“
Das entspricht ungefähr einer Million, Millionen, Millionen Sternen.

In alten Zeiten, als eine Person mit Adleraugen in der tiefsten Schlucht vielleicht 5.000 Sterne in der schwärzesten Nacht entdecken konnte, haben sich die Leute vielleicht über diese obigen Aussagen gewundert. Wo waren all die Sterne? Der Rambam (Yesodei HaTorah 3:8) deutet auf eine Antwort hin, indem er von „allen sichtbaren Sternen“ spricht und andeutet, dass andere Sterne existieren, aber nicht gesehen werden können. Obwohl er sich auf Sterne zu beziehen scheint, sind sie wegen ihrer Kleinheit und nicht wegen ihrer Entfernung von der Erde unsichtbar. (Sehen Mefaresch.) Die massive Anzahl von Sternen der Gemora blieb bis vor kurzem unsichtbar. Obwohl der Mensch seit Jahrtausenden die Grenzen des Weltraums ausdehnt und sich über jede neue Offenbarung seiner Unermesslichkeit wundert, liegt die folgenreichste Entdeckung erst 82 Jahre zurück. Dies war, als die Vision des Menschen vom Universum in einer Nacht einen Quantensprung machte.

VON GRUND AUF
„Die Geschichte der Astronomie ist eine Geschichte schwindender Horizonte.“ (Edwin Hubble) Die Geschichte begann damit, dass Männer tausende dunkle Nächte draußen standen und geduldig maßen, beobachteten und kalkulierten. Vier Jahrhunderte vor unserer Zeitrechnung stellte Aristoteles fest, dass die Welt aufgrund des kreisförmigen Schattens, den sie bei Finsternisse auf den Mond wirft, kugelförmig ist. Später, etwa 3511/250 v. Chr., berechnete der libysche Astronom Eratosthenes den Weltumfang, indem er gleichzeitig den Sonnenwinkel an zwei entfernten Orten maß. Seine Zahl war nur 2% von der Marke entfernt.

Der griechische Gelehrte Aristarchos berechnete die ungefähre Größe und Entfernung des Mondes von der Erde durch Logik und Mathematik richtig, aber sein Versuch, die Sonne zu vermessen, war weit daneben – er dachte, sie sei nur 20-mal größer und weiter weg als der Mond. Viel genauer ist die vom Rambam zitierte Näherung (ebd.), dass der Durchmesser der Sonne 170-mal größer ist als der der Erde.

Die Griechen haben es mit den Sternen noch schlimmer gemacht – Ptolemaios Berechnung, dass die Sterne nur etwa 10 Millionen Kilometer entfernt sind, lag 100 Millionen Mal daneben.

Der erste Wissenschaftler, der eine echte Perspektive des Kosmos gewann, war Rav Levi ben Gershom (4044/1288-4104/1344). Auch bekannt als der Ralbag, war er nicht nur ein profunder Tanach Kommentator und Philosoph, studierte aber auch intensiv Astronomie und erklärte, dass dies zu einer größeren Wertschätzung von Hashems Macht führte.

Er weigerte sich, sich blind auf die astronomischen Daten des berühmten griechischen Astronomen Ptolemäus zu verlassen, da er glaubte, die Dinge selbst mit den besten Instrumenten und Techniken seiner Zeit zu überprüfen. Seine Erkenntnisse sind in seinem philosophischen Hauptwerk Milchamos Hashem festgehalten.

In seinen Kapiteln über Astronomie multipliziert er Ptolemaios dürftige Schätzung der Entfernung der Sterne von der Erde mit einem Faktor von einer Milliarde und sagt, dass die Sterne etwa 100.000 Lichtjahre (jedes Lichtjahr etwa 6.000 Milliarden Meilen) von der Erde entfernt funkeln. Diese Schätzung ist für einige Sterne richtig.

Wo haben sich all die Sterne versteckt? Astronomen entdeckten, dass die allermeisten von ihnen unsichtbar sind. Obwohl Galileo (1564 – 1642) nicht die Erfindung des Teleskops zugeschrieben wird, war er der erste Mensch, der Teleskope für die astronomische Forschung entwickelte, und durch seine Linsen spähte er der Sternzählung eine Starthilfe.

Nehmen Sie zum Beispiel den Sternhaufen der Plejaden, der wegen seiner sieben Sterne, die mit bloßem Auge sichtbar sind, als "Sieben Schwestern" bekannt ist. Mit seinem primitiven Teleskop entdeckte Galileo weitere 42 kleinere Sterne, die zwischen ihren großen Schwestern glühten, und heutzutage kann ein Amateurteleskop Hunderte erkennen.

Mit Teleskopen entdeckte man auch, dass die Milchstraße, die immer als geisterhafte Wolke am Nachthimmel betrachtet wurde, in Wirklichkeit ein gigantisches Sternenkonglomerat war. Im 18. Jahrhundert erfuhren Wissenschaftler dann, dass die Milchstraße tatsächlich die Heimat unseres Planeten Erde ist. Dies war, als William Hershel aus England (für seine Zeit) ein riesiges Teleskop baute und herausfand, dass unsere Sonne nur einer der wimmelnden Sterne ist, aus denen der riesige himmlische Pfannkuchen besteht, der als Milchstraßen-Galaxie bekannt ist.

Wie groß ist die Milchstraße? Wissenschaftler hatten keine Ahnung, bis Friedrich Bessel (5544/1784-5606/1846) schätzte, dass die Entfernung zum Stern 61 Cygni („Der fliegende Stern“) 11,4 Lichtjahre beträgt. Anhand dieses Sterns als Maßstab, um die Entfernung anderer Sterne abzuschätzen (durch Vergleich ihrer Helligkeit mit der von Cygni), schätzten damalige Astronomen, dass unsere Milchstraße 10.000 Lichtjahre breit und 1.000 Lichtjahre dick ist. Es ist tatsächlich zehnmal größer und so riesig, dass es derzeit etwa 300 Milliarden Sterne mit viel Bewegungsfreiheit beherbergt.

SIND WIR DIE EINZIGEN?
Jetzt stellten Wissenschaftler die 68.000-Dollar-Frage. War die Milchstraße die volle Ausdehnung unseres Universums oder war sie nur eine von unzähligen anderen Galaxien?

Der Hinweis lag in einer Handvoll bewölkter Kleckse an unserem Nachthimmel, den Nebeln, dem lateinischen Wort für Wolken. Nach dem Aufkommen von Teleskopen entdeckten die Menschen weit mehr von ihnen – William Hershel entdeckte 2.500. Dies löste eine große Debatte aus. Während Hershel und seine Befürworter glaubten, Nebel seien von Staub umgebene Sterne in unserer Milchstraße, argumentierte der deutsche Philosoph Immanuel Kant, dass die elliptische Erscheinung vieler Nebel darauf hindeutet, dass es sich um pfannengebackene Galaxien wie unsere eigene handelt, und es war ihre seitliche Sicht, die ergab ihnen ihre längliche Eiform.

Eines von Kants Argumenten war, dass es lächerlich erschien, Hashems Schöpfung auf unsere „dürftige“ Ecke des Universums zu beschränken. Der Streit tobte über ein Jahrhundert lang und gipfelte in der Debatte 5680/1920 in der National Academy of Sciences zwischen dem jungen Harlow Shapley vom Mount Wilson Observatory und dem erfahrenen Astronomen Heber Curtis vom Lick Observatory. Ihre Argumente waren so ergebnislos, dass ein Autor das Problem für unlösbar hielt und argumentierte: „Wir haben bereits einen Punkt erreicht, an dem der Intellekt des Menschen anfängt, ihm kein Licht mehr zu geben.“

Es gab jedoch eine Lösung –, um die Entfernung zu den Nebeln zu messen und zu sehen, ob sie sich in der Nähe oder in der Ferne unserer Galaxie befanden. Das einzige Problem war, wie man die Messung durchführt. Die Lösung basierte auf einer 5544/1784-Entdeckung von variablen Sternen der Cepheiden. Diese Sterne hören regelmäßig auf zu leuchten, wenn ihr Gas durch ihre riesige Schwerkraft nach innen gesaugt wird, bis sie sich nicht mehr in ihrem Magen halten können und wieder ins Licht explodieren. Anfang des letzten Jahrhunderts berechnete Henrietta Leavitt, dass die Helligkeit eines Cepheiden von seinem Zyklus abhängt – hellere Cepheiden haben längere Zyklen. Sie fand auch heraus, dass alle Cepheiden, die denselben Zyklus teilen, gleich hell sind. Messen Sie den Zyklus eines Cephied und Sie kennen seine Helligkeit. Mit dieser Regel wurde Cepheiden zu einem Maßstab, um das Universum zu vermessen.

Wie? Stellen Sie sich vor, Sie fahren auf einer Autobahn und sehen in der Ferne ein Motorrad, das sich nähert. Sie können seine Entfernung anhand der Helligkeit seines Scheinwerfers abschätzen. Wenn Sie einen entfernten Cepheiden-Stern mit einem 24-Stunden-Zyklus anvisieren, können Sie auf ähnliche Weise seine Entfernung berechnen, indem Sie seine Helligkeit mit einem ähnlichen Cepheiden in unserer Galaxie vergleichen, dessen Entfernung bereits berechnet wurde.

Das Problem war, dass noch nie jemand einen Cepheiden-Stern in einem Nebel (Singular von Nebel) entdeckt hatte. Der Durchbruch gelang in der Nacht vom 5. Oktober 5683/1923, als Edwin Hubble durch das 100-Zoll-Teleskop des Mount Wilson eine Aufnahme des Andromeda-Nebels machte. Beim Vergleich des Fotos mit früheren Aufnahmen des Nebels bemerkte Hubble, dass ein bestimmter Stern verschwunden war und erkannte, dass er in der schwachen Phase seines Zyklus einen variablen Cepheiden entdeckt hatte.

Da dieser spezielle Cepheid einen Zyklus von 31,415 Tagen hatte, was darauf hindeutet, dass er 7.000 Mal heller war als die Sonne, zeigte seine extreme Dunkelheit, dass er 900.000 Lichtjahre entfernt lag, weit von den Grenzen unserer 100.000 Lichtjahre Milchstraße entfernt. Damit war die Argumentation endgültig. Wissenschaftler waren sich nun einig, dass die meisten Nebel, die bis jetzt von vielen als wenig mehr als Staub um die Sterne betrachtet wurden, in Wirklichkeit massereiche Galaxien waren, von denen viele wesentlich größer als unsere eigenen waren.

Der Rat der American Astronomical Society jubelte, dass diese Entdeckung „Tiefen des Weltraums erschließt, die bisher für Untersuchungen unzugänglich waren, und verspricht in naher Zukunft noch größere Fortschritte. Inzwischen hat es sich bereits um das Hundertfache des bekannten Volumens des materiellen Universums erweitert.“

Tatsächlich war dies nur der Anfang. Wie Hubble es ausdrückte: „Wir finden sie (Nebel) kleiner und schwächer, in ständig steigender Zahl, und wir wissen, dass wir immer weiter in den Weltraum vordringen, bis mit den schwächsten Nebeln, die mit den größten Teleskopen entdeckt werden können, Wir erreichen die Grenze des bekannten Universums.“

Heutzutage wird das Universum auf unzählige Milliarden Mal größer als unsere Milchstraße geschätzt und die neueste Schätzung von sichtbar Sterne im Universum wurde vor drei Jahren in Australien angekündigt. Dr. Simon Driver von der Australian National University hatte die Zahl auf 70 Sextillionen (70.000 Millionen, Millionen, Millionen) Sterne geschätzt.

Natürlich weiß selbst Dr. Driver nicht, ob er es richtig gemacht hat, weil er die wimmelnden Stars nicht wirklich zählen konnte. Er schätzte lediglich einen dünnen Himmelssplitter und rechnete daraus auf den Rest hoch. Nach dieser Schätzung sind die Sterne jedem Sandkorn in jeder Wüste und jedem Strand auf unserem Planeten zehn zu eins überlegen. Das sind viele Juden.


Zum Herzen des Rosettennebels: Wie er zu seiner Rosenform kam

Eine neue Simulation erklärt das Loch im Zentrum des Rosettennebels, das der Wolke aus interstellarem Gas und Staub ihre unverwechselbare rosenähnliche Form verleiht.

Der Rosettennebel liegt in der Milchstraße etwa 5.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Massive Sterne in ihrem Kern haben ein Loch in die Materialwolke mit Strahlung und Strömen geladener Gasteilchen gesprengt, die als Sternwind bezeichnet werden.

Aber die Größe des Lochs entsprach nicht dem Alter der Zentralsterne Simulationen deuteten darauf hin, dass ein noch größeres Loch im Material geblüht haben sollte.

„Die massereichen Sterne, aus denen der zentrale Sternhaufen des Rosettennebels besteht, sind einige Millionen Jahre alt und haben ihren Lebenszyklus halbiert“, sagte Christopher Wareing, Forscher an der University of Leeds in England und Hauptautor der neuen Arbeit, in a Aussage. "Für die Dauer ihrer Sternwinde würde man einen bis zu zehnmal größeren zentralen Hohlraum erwarten."

Um die Diskrepanz zu untersuchen, simulierte Wareings Gruppe die Aktionen der Sterne im Herzen von Molekülwolken mit unterschiedlichen Formen, darunter "eine klumpige Kugel, eine dicke Fadenscheibe und eine dünne Scheibe, die alle aus derselben anfänglichen Atomwolke geringer Dichte" entstanden sind. Wareing sagte.

„Es war die dünne Scheibe, die das physische Erscheinungsbild – Hohlraumgröße, Form und Ausrichtung des Magnetfelds – des Nebels in einem Alter reproduzierte, das mit den Zentralsternen und ihren Windstärken kompatibel ist“, sagte er.

Die Forscher nutzten Daten der Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation ESA, die derzeit ein 3D-Modell der Milchstraße erstellt, um die genauen Positionen mehrerer heller Sterne innerhalb des Nebels einzubeziehen.

„Ein Modell zu haben, das die physische Erscheinung so genau im Einklang mit den Beobachtungsdaten reproduziert, ohne sich darauf zu konzentrieren, ist ziemlich außergewöhnlich“, sagte Wareing. "Als nächstes werden wir uns die vielen anderen ähnlichen Objekte in unserer Galaxie ansehen und sehen, ob wir auch ihre Form herausfinden können."

Die neue Arbeit wurde am 13. Februar in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society detailliert beschrieben.


Haben wir herausgefunden, wie Nebel ihre Form behalten? - Astronomie

Die dunklen Nebel sind Klumpen oder Wolken, die aufgrund ihrer inneren Staubkörner undurchsichtig werden. Die Form solcher dunklen Wolken ist sehr unregelmäßig: Sie haben keine klar definierten äußeren Grenzen und nehmen manchmal gewundene Serpentinenformen an. Die größten dunklen Nebel sind mit bloßem Auge sichtbar und erscheinen als dunkle Flecken vor dem helleren Hintergrund der Milchstraße. Ein Beispiel ist der Kohlesack am Südhimmel.

Der Wasserstoff dieser undurchsichtigen dunklen Wolken liegt in Form von H2-Molekülen vor. Die größten Nebel dieser Art, die sogenannten riesigen Molekülwolken, sind mehr als eine Million Mal so massiv wie die Sonne. Sie enthalten einen Großteil der Masse des interstellaren Mediums, sind etwa 150 Lichtjahre groß, haben eine durchschnittliche Dichte von 100 bis 300 Molekülen pro Kubikzentimeter und eine Innentemperatur von nur 7 bis 15 K. Molekülwolken bestehen hauptsächlich aus Gas und Staub, enthalten aber auch viele Sterne. Die Wolkenkerne sind vollständig unsichtbar und wären bis auf die Mikrowellenemissionen ihrer Moleküle nicht nachweisbar. Diese Strahlung wird vom Staub nicht absorbiert und entweicht leicht der Wolke. Das Material innerhalb der Wolken ist in allen Größen verklumpt, wobei einige Wolken bis zu den Massen einzelner Sterne reichen. Die Dichte innerhalb der Klumpen kann bis zu 105 H2 pro Kubikzentimeter oder mehr erreichen. Kleine Klumpen können sich über ein Lichtjahr erstrecken. Die Wolken haben ein internes Magnetfeld, das gegen ihre eigene Schwerkraft Halt bietet.

Die chemischen und physikalischen Bedingungen unterscheiden sich stark von denen des umgebenden interstellaren Mediums geringer Dichte. In den äußeren Teilen der dunklen Wolke ist der Wasserstoff neutral. In der Tiefe wird die Wolke dunkler und kälter, da der Staub eine zunehmende Menge an stellarer ultravioletter Strahlung blockiert. Bei Annäherung an das Zentrum ändert sich die vorherrschende Form des Kohlenstoffs sukzessive von C+ (außen) über neutrales C bis schließlich zum Molekül Kohlenmonoxid (CO), das so stabil ist, dass es in der Gasphase die Hauptform des Kohlenstoffs bleibt die dunkelsten Regionen. In großen Tiefen innerhalb der Wolke können andere Moleküle an ihren Mikrowellenübergängen gesehen werden, und mehr als 70 chemische Spezies wurden innerhalb des konstituierenden Gases identifiziert. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dichten und niedrigen Temperaturen ist die Chemie sehr exotisch, da nach terrestrischen Experimenten einige ziemlich instabile Spezies im Weltraum existieren können, weil die Energie nicht ausreicht, um sie in stabilere Formen umzuwandeln. Ein Beispiel ist die nahezu gleiche Häufigkeit des interstellaren Moleküls HNC (Isocyansäure) und seines Isomers HCN (Blausäure). , bei weitem die bevorzugte Spezies für die Gleichgewichtschemie. In den kalten Wolken ist jedoch nicht genügend Energie vorhanden, um den Austausch zu ermöglichen. Es gibt weniger als ein Tausendstel so viel Sternenlicht innerhalb einer Wolke wie im interstellaren Raum außerhalb der Wolke, und die Erwärmung des Materials in der Wolke wird hauptsächlich durch kosmische Strahlung bereitgestellt. Die Abkühlung innerhalb der Wolke erfolgt hauptsächlich durch Übergänge zwischen tiefliegenden Niveaus des Kohlenmonoxidmoleküls.

In den inneren Regionen dunkler Nebel finden wichtige Ereignisse statt: die Bildung von Sternen. Die folgende Diskussion wird durch die Annahme, dass ein Nebel eine sehr geringe Nettorotation hat, etwas zu stark vereinfacht. Da die Dichte in einem Stern immens größer ist als in einem Nebel, muss die Sternentstehung durch Kondensation erfolgen. Die Schwerkraft im Nebel zieht ihn ständig zusammen und wirkt den störenden Kollisionen eines Nebels oder einer Wolke mit seinen Nachbarn und dem Druck eines internen Magnetfelds entgegen. Aber selbst wenn die Schwerkraft die Wolke gegen andere Kräfte zusammenhalten kann, kann die Wolke nicht kollabieren, es sei denn, sie kann die Gravitationsenergie kühlen, die bei einer Kontraktion freigesetzt wird und die Gaswolke erhitzen würde, wodurch der Außendruck erhöht und ein weiterer Kollaps verhindert wird. Die Staubkörner sind effiziente Strahler von Infrarotstrahlung, die entweicht und dem Nebel die Energie entzieht. Eine Wolke zieht sich daher unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammen und strahlt die Hälfte der Gravitationsenergie der Kontraktion ab, die andere Hälfte wird zum Erhitzen des Gases verwendet. Während sie sich zusammenzieht, nehmen Dichte und Gravitationsbindung zu, bis schließlich die Schwerkraft der Wolke den Innendruck so dominiert, dass das Material fast im freien Fall nach innen stürzt.

Während die gesamte Wolke zusammengebrochen ist, hat sie keine glatte Dichteverteilung, sondern besteht eher aus einem chaotischen Durcheinander kleinerer Wolken. Diese Wölkchen ziehen sich durch ihre eigene Schwerkraft zu „Protosternen“ zusammen, von denen jeder dazu bestimmt ist, ein individuelles Sternsystem zu sein. Die meisten dieser Protosterne sind kleiner als eine Sonnenmasse, aber einige wenige können mehrere (bis zu etwa 100) Mal so massiv wie die Sonne sein. Diese wenigen massereichen Sterne haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung des Nebels.

Jeder Protostern kollabiert sehr schnell, sein Gas fällt im freien Fall nach innen. Ein Protostern kann in etwa sechs Monaten von einer Größe, die dem Außendurchmesser des Sonnensystems entspricht, auf etwa das 30-fache der Größe der Sonne (der Größe der Umlaufbahn des Merkur) kollabieren. Nachdem es diese Größe erreicht hat, wird das Material so heiß, dass es zu einem Stern geworden ist, dh zu einem undurchsichtigen Körper, der nur von seiner Oberfläche Energie abstrahlt. Um ihn herum ist ein wirbelnder Ring aus kaltem, staubigem Material, das auch in noch kleinere Fragmente, die "Protoplaneten", zerfällt. Heute glaubt man, dass Planetensysteme aus diesem staubigen Chaos bestehen.

Solche neu entstandenen Sterne ziehen sich weiter zusammen und werden dabei heißer, aber weniger leuchtend, bis sie beginnen, Wärme zu erzeugen, indem sie Wasserstoff in Helium umwandeln, anstatt sich zusammenzuziehen. Wenn die Masse groß genug ist, ionisiert ein Stern das Nebelmaterial und erzeugt einen hellen Nebel um ihn herum.

Diese Ideen werden durch Beobachtungen von Dunkelnebeln in sehr langwelliger Infrarotstrahlung ermutigend bestätigt. Einige der hellsten Infrarotquellen werden mit solchen dunklen Staubwolken in Verbindung gebracht. Ein gutes Beispiel ist die Klasse der T-Tauri-Variablen, die nach ihrem Prototypstern im Sternbild Stier benannt ist. Die T Tauri-Stars sind aus verschiedenen Gründen dafür bekannt, extrem jung zu sein. Die Variablen sind immer in oder in der Nähe von dunklen Nebeln zu finden, sie sind oft auch starke Infrarotstrahlungsquellen, die warmen Staubwolken entsprechen, die vom T-Tauri-Stern auf einige hundert Kelvin erhitzt werden. There are some strong infrared sources (especially in the constellation of Orion) that have no visible stars with them these are presumably "cocoon stars" completely hidden by their veils of dust.


Nebulae Named After Birds

Parrot's Head Nebula in Monoceros

With this list, we present a few nebulae of various types that are said to resemble birds, and while some of the structures mentioned do actually resemble some of our feathered friends, others do so only in the minds of observers armed with powerful imaginations. Nonetheless, all of the nebulae on this list are spectacular, with their formations representing brief, frozen moments in the long evolutionary history of the Universe.

In fact, nebulae as a whole are amongst the most elaborate structures in the universe, and come in an intriguing array of morphologies, including ones that resemble land and aquatic animals, insects and even scary creatures, such as ghosts and ghouls. Whether you are able see the same birds that their namers originally identified in the nebulae hardly matters, though: what is important is that these nebulae represent the birth, lives, and eventual deaths of stars, and that our Sun will one day look like some of these nebulae on this list.

However, that is along way into the future, which means that in the meantime, we can start our tour of the cosmic aviary.

Robin’s Egg Nebula

Image Credit: Adam Block/Mount Lemmon Sky Center / University of Arizona

-Nebula type: Planetary nebula
-Constellation: Fornax
-Coordinates: RA 03h 33m 14.646s|Dec. -25° 52′ 18.214″
-Distance: 1,145 – 1,794 light years
-Apparent Diameter: 11.0 × 7.5 minutes of arc
-Magnitude: 9.4
-Other designations: PK220-53.1, ESO 482-PN007, AM 0331-260, GC 5315, PN G220.3-53.9

Although this nebula has long been known, its true nature as a planetary nebula was only confirmed comparatively recently when it was discovered that its central star is a long period, double degenerate binary system.

The binary nature of the central star itself was only confirmed in 2017, and it consists of a 0.555-solar mass star that is orbited by a 0.70-solar mass white dwarf over a period of 142 days. The faint, reddish tint of the darker cloud of material seen near the centre of the nebula is believed to be material that was ejected by the primary star in the system just before it collapsed.

Pelican Nebula

Image Credit: Miodrag Sekulic

-Nebula type: Combined emission nebula and HII region
-Constellation: Cygnus
-Coordinates: RA 20h 50m 48.0s|Dec. +44° 20′ 60.0″
-Distance: 1,800 light years
-Apparent Diameter: 60 x 50 minutes of arc
-Magnitude: 8.0
-Other designations: IC 5070, IC 5067

The shape of a pelican is clearly visible in this nebula, which is associated with, and separated from the larger North American nebula by a dark lane of dense molecular dust to the left of the Pelican’s head.

The Pelican nebula is one of the most intensely studied nebulae because it offers astronomers a snapshot of the processes in which young, energetic stars are slowly transforming cold clouds of neutral gas into hot, ionized gas. While the ionization front is expanding outward, particularly dense spires, globules, and columns of cold gas is resisting the process, which is slowly changing the appearance of the nebula.

Eagle Nebula

Image Credits: ESO

-Nebula type: Star forming region (HII region)
-Constellation: Serpens
-Coordinates: RA 18h 18m 48s|Dec. -13° 49″
-Distance: 7,000 light years
-True Diameter: 140 × 110 light years
-Magnitude: 6.0
-Other designations: Messier 16, NGC 6611, Sharpless 49, RCW 165, Gum 83, Star Queen Nebula

This nebula can be envisioned as an eagle with its talons extended, swooping down on its prey. The small, dark area seen at the center of the image is better known as the Pillars of Creation, some detail of which is shown in the image below. While this photo shows only the tips of the Pillars, each pillar is about one light long, and contains many stars in the process of forming. In fact, the entire region surrounding the Pillars is a huge star-forming region that contains an open cluster of stars that can be seen as the bright blue spots in the image on the left, as well as several other star-forming regions that are not shown here.

In 2007, the Spitzer Space Telescope detected hot gas and dust that suggested a supernova event had occurred between 8,000 and 9,000 years ago close to the Pillars, whose light would have reached Earth between 1,000 and 2,000 years ago. Based on the Spitzer data, the supernova could have destroyed the Pillars about 6,000 years ago, but if it did, evidence of the event will only reach Earth in another 1,000 years or so, due to the vast distance involved.

Nonetheless, the Spitzer data is being disputed by some investigators, who argue that a supernova would have created more radio and X-ray radiation than had been observed, and that several nearby hot stars could have heated the gas of the pillars, instead. Future generations of astronomers will have to decide the issue when the light of the putative supernova arrives.

Image Credit: Keith Quattrocchi

-Nebula type: Planetary nebula
-Constellation: Ursa Major
-Coordinates: RA 11h 14m 47.734s|Dec. +55° 01′ 08.50″
-Distance: 2 030 light years
-Diameter: 1.82 light years
-Magnitude: 9.9
-Other designations: M97, NGC 3587

When William Parsons, the 3rd Earl of Rosse sketched this nebula in 1848, he thought he saw the face of an owl within the deep-sky object, and it has been known as the Owl Nebula among both amateurs and professional astronomers ever since. In terms of its structure, the nebula consists of three nested shells of ejected matter, with the owl-like appearance deriving from the innermost shell that is not concentric relative to the outer shells. In fact, this shell is more akin to a barrel inclined to our line of sight by about 45 degrees, with the two ends representing the owl’s eyes.

The 8,000-year old Owl Nebula consists primarily of hydrogen, helium, nitrogen, oxygen, and sulphur, that collectively, weigh about 13 percent more than the Sun at an average density of fewer than 100 particles per cubic centimetre. The central star is white dwarf with about 60% of the Sun’s mass, and an effective temperature of 123,000K that makes it shine between 41 and 148 times as brightly as the Sun. The nebula is now expanding at the rate of between 27 and 39 km/sec.

Southern Owl Nebula

Image Credit: ESO

-Nebula type: Planetary nebula
-Constellation: Hydra
-Coordinates: RA 11h 26m 43.78s|Dec. -34° 22′ 11.4″
-Distance: 3,500 light years
-Diameter: 4 light years
-Magnitude: 17.4
-Other designations: PLN 283+25.1, ESO 378-1

The Southern Owl Nebula bears a passing resemblance to the Owl Nebula described above. It does, however, have a diameter of four light years, making it more than twice the size of its Northern Hemisphere counterpart described above. This mysterious bubble of glowing gas looks like it could be the ghost of a star, which in a way is what this planetary nebula is, as the dying star ejects its gaseous outer layers of gas into space. It received its name as its appearance in 10-inch and larger telescopes reveals two dark patches resembling the eyes of an owl.

Duck Nebula

Image Credit: Rogelio Bernal Andreo, Ray Gralak

-Nebula type: Emission nebula
-Constellation: Canis Major
-Coordinates: RA 07h 18m 30s|Dec. -13° 13.8′
-Distance: 11 960 light years
-True Diameter: 30 light years
-Other designations: Thor’s Helmet, GUM 4, LBN 227.66-00.09, SH 2-298, GRS 227.80 -00.20, LBN 1041, RCW 5

While some observers see the wings and grossly misshaped body of a flying duck in this nebula, others see the winged helmet of Thor, a Norse god, hence the ambiguity in the popular names of this 30-light year diameter planetary nebula.

The most remarkable aspect of this nebula is the amount of matter it holds, compared to most other planetary nebulae. All told, the nebula contains several hundred solar masses of ionized material, and an additional several thousand solar masses of neutral, un-ionized matter. While most of the neutral material appears to be interstellar matter swept up by the central star, this material does show some evidence of enrichment through nuclear fusion processes, which makes the exact origin of it somewhat unclear.

The large difference in age estimates is the result of the fact that different parts of the nebula expand at different rates, which range from about 10 km/sec to at least 30 km/sec.

Running Chicken Nebula

Image Credit: ESO

-Nebula type: Emission nebula
-Constellation: Centaurus
-Coordinates: RA 11h 36m 36.0s|Dec. -63° 02′ 00″
-Distance: 6,500 light years
-True Diameter: 120 light years
-Magnitude: 4.5
-Other designations: IC 2944

Some people can see the shape of a chicken running towards the observer in the arrangement of the gas and dust just to the left of centre in this image. Running chicken shaped or otherwise, also unclear is whether or not protostars have been found in the Bok globules ( isolated, small dark molecular clouds ) seen as dark spots in the nebula.

While some sources hold that no stars have been found in any of the globules (which were named after their discoverer, South African astronomer David Thackeray), images obtained by the 2MASS survey clearly show six stars in the largest globule. However, it should be borne in mind that since some astronomical sources are outdated and can remain so for many years, it is likely that the 2MASS survey had indeed found some stars in one or more of the dark globules shown here.

Cygnus Loop

Image Credit: NASA Ultraviolet view

-Nebula type: Supernova remnant
-Constellation: Cygnus
-Coordinates: RA 20h 45m 58.1s| Dec. +30° 35′ 43” (Note that while these coordinates refer to the “Western Veil Nebula” component of the larger structure, they are sometimes taken to locate the Cygnus Loop Nebula as a whole.)
-Distance: = 1,800 light years
-Diameter: 90 light years
-Age: 5,000 – 10,000 years
-Other designations: Cirrus Nebula, Veil Nebula, Filamentary Nebula, and many others, some of which refer to components of the larger structure

While William Herschel is credited by some authorities as the first discoverer of certain parts of the Cygnus Loop, it is almost certain that he did not name this enormous collection of knots, filaments, and sheets of gas and dust after a swan. In fact, the origin of the name “Cygnus Loop” is somewhat unclear, and the best thing to do is to think of the structure as a ‘loop of nebulosity in the constellation Cygnus”.

The image above shows an ultraviolet view of the entire supernova remnant, and while much of the structure is visible in optical frequencies, only UV, radio, and x-ray light shows the entire nebula. The Cygnus Loop nebula consists of more than a dozen sub-nebulae, sadly making it far too complex to describe in a list such as this, so readers are encouraged to consult authoritative sources to learn more about this nebula.

Seagull Nebula / Parrot’s Head Nebula

Image Credit: Michael Sidonio

-Nebula type: Star forming region (HII region)
-Constellation: Monoceros
-Coordinates: RA 07h 04m 25s|Dec. -10° 27.3′
-Distance: 3,650 light years
-Diameter:

100 light years
-Other designations: GUM 1, IC 2177, Sh2-292

While this nebula is most commonly known as the Seagull Nebula, since its shape suggests the outstretched wings of a seagull, the curious blob of nebulosity near the top of the frame resembles the head of a parrot. Considering that the dark dust lane that bisects the blob represents a mouth and the bright star marks an eye, it is not difficult to see the body of seagull topped by the head of a parrot.

However, the figure of a hybrid bird disappears in the vast scale of the overal larger structure, which is over 100 light-years across and has a reddish glow caused by ionized atomic hydrogen.

-Nebula type: Complex of dark nebula
-Constellation: Crux to Scorpius
-Coordinates: RA 12h 50m|Dec. -62° 30″ (Note that these coordinates refer to the Coal Sack, a dark nebula in the constellation Crux, which forms the “head” of the Emu
-Distance: 600 light years
-Apparent Diameter: 7 × 5 degrees
-Other designations: C99

Among the many dark nebulae in the Milky Way, the complex of nebulae that forms the shape of an Emu is probably the most prominent, and easiest to recognize. The image to the left shows an area of this part of the Milky Way, while the bottom frame depicts the same area, but with a line drawing of an emu superimposed on it.

The emu is of huge cultural importance to several Australian Aboriginal peoples, since it is believed that nebula represents the head and shoulders of a “law-man”, who is continuously looking down on the tribes to ensure that infractions of traditional laws and customs do not occur. According to Aboriginal folklore, the “law-man”, whose proper name is Utdjungon, can only be prevented from destroying the entire world by hurling down a “fiery star” if all tribe members always observe all traditional laws and customs to the letter.


The Giant Squid Nebula and More Animals of the Cosmos

As galaxies collide and new stars are born, spectacular shapes form in the universe—and many of them resemble Earthly creatures.

If you can't get enough of the animals here on Earth, just look toward the heavens. There you will find eagles, elephants, whales, and more—as long as you have a powerful telescope and an even more powerful imagination.

Astronomers have long named galaxies, nebulae, and other astronomical phenomena for the animals they resemble when observed from Earth. Now these animal look-alikes, comprised of stars and stardust, number in the dozens. Nebulae alone, for example, represent at least 20 animals, from giant squid to "running" chickens.

"These are the objects that really capture people’s imaginations," says Karen Masters, associate professor of astronomy at Haverford College. "It’s human nature to see familiar things in the unfamiliar." (See an epic picture that shows thousands of galaxies in one frame.)

And to early observers, these phenomena were indeed unfamiliar. Nebulae are cosmic clouds of gas and dust, linked to the birth or death of stars, whereas galaxies are ensembles of millions or billions of stars bound together by gravity.

Animal names, like Mice Galaxies, have been used for years—and in some cases, centuries. But they’re not actually official, says Thierry Montmerle, former General Secretary of the International Astronomical Union (IAU), which oversees the naming of astronomical objects.


What is a nebula?

Space is big! Science is cool! So let’s talk about it. Though the center is currently closed, we are still passionate about science and space exploration. In this series, we’ll take a quick tour through a science or space topic and give you an overview with some cool pictures. Today’s topic is all about a nebula.

What is a nebula?

A nebula is an enormous cloud of dust and gas occupying the space between stars and acting as a nursery for new stars. The roots of the word come from Latin nebula, which means a “mist, vapor, fog, smoke, exhalation.” Nebulae are made up of dust, basic elements such as hydrogen and other ionized gases. They either form through clouds of cold interstellar gas and dust or through the aftermath of a supernova.

For example, in the Carina Nebula, hot, young stars erode and sculpt the clouds into this fantasy landscape by sending out thick stellar winds and scorching ultraviolet radiation. The low-density regions of the nebula are shredded while the denser parts resist erosion and remain as thick pillars.

In the dark, cold interiors of these columns new stars continue to form. In the process of star formation, a disk around the proto-star slowly accretes onto the star’s surface. Part of the material is ejected along jets perpendicular to the accretion disk. The jets have speeds of several hundreds of miles per second. As these jets plow into the surround nebula, they create small, glowing patches of nebulosity, called Herbig-Haro (HH) objects.

Who discovered it?

As with most things in the heavens, many people can claim the title of the discoverer of nebulae. The first mention of it may have been in 964 by Persian astronomer Abd al-Rahman al-Sufi, who wrote about the Andromeda Galaxy, noticing “a little cloud.” Early Arabic and Chinese astronomers also noticed the creation of the Crab Nebula as a result of a supernova in 1054.

It wasn’t until the 17th century and advances in optics that nebulae became more observed. In 1610, Nicolas-Claude Fabri de Pieresc discovered the Orion Nebula, which was then observed in 1618 by Johann Baptist Cysat. The first detailed observations, though, waited for famous scientist Christiaan Huygens in 1659. Huygens, by the way, also was the first to come up with a standard formula for centripetal force, which he published in 1659. So a big year for Huygens.

About 50 years later, Edmond Halley wrote about six different nebulae. For that, he got a comet named after him. (Not really, he was a very accomplished scientist who served as the second Astronomer Royal in Britain).

But, famous names flocked to nebulae over the years. Edwin Hubble helped categorize nebulae based on the spectra of light they produce, also discovering that nearly all nebulae are associated with stars and are illuminated by starlight.

Can I see it?

Some nebulae are bright enough to be seen with the naked eye. The Orion Nebula is one of these, located between the stars in the constellation Orion’s sword. Many others are visible through telescopes, depending on how many stars are around them to illuminate the dust clouds that form the nebulae. However, it’s often hard to differentiate between star clusters, galaxies and nebulae due to their similar makeup.

Some examples

Through advanced space telescopes like the Spitzer and Hubble Space Telescopes, we have plenty of gorgeous imagery of nebulae. Most of these are formed through infrared and false-color images but they all are striking. These images depict the wide variety of nebulae available for scientists to study. All of them cover light years of distance in space. Some are wispy, some are well-defined. All of them are worth your time.


Ghostly shape of 'coldest place in the universe' revealed

At a cosmologically crisp one degree Kelvin (minus 458 degrees Fahrenheit), the Boomerang Nebula is the coldest known object in the Universe -- colder, in fact, than the faint afterglow of the Big Bang, which is the natural background temperature of space.

Astronomers using the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) telescope have taken a new look at this intriguing object to learn more about its frigid properties and determine its true shape, which has an eerily ghost-like appearance.

As originally observed with ground-based telescopes, this nebula appeared lopsided, which is how it got its name. Later observations with the Hubble Space Telescope revealed a bow-tie-like structure. The new ALMA data, however, reveal that the Hubble image tells only part of the story, and the twin lobes seen in that image may actually be a trick of the light as seen at visible wavelengths.

"This ultra-cold object is extremely intriguing and we're learning much more about its true nature with ALMA," said Raghvendra Sahai, a researcher and principal scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, and lead author of a paper published in the Astrophysikalisches Journal. "What seemed like a double lobe, or 'boomerang' shape, from Earth-based optical telescopes, is actually a much broader structure that is expanding rapidly into space."

The Boomerang Nebula, located about 5,000 light-years away in the constellation Centaurus, is a relatively young example of an object known as a planetary nebula. Planetary nebulae, contrary to their name, are actually the end-of-life phases of stars like our Sun that have sloughed off their outer layers. What remains at their centers are white dwarf stars, which emit intense ultraviolet radiation that causes the gas in the nebulae to glow and emit light in brilliant colors.

The Boomerang is a pre-planetary nebula, representing the stage in a star's life immediately preceding the planetary nebula phase, when the central star is not yet hot enough to emit sufficient ultraviolet radiation to produce the characteristic glow. At this stage, the nebula is seen by starlight reflecting off its dust grains.

The outflow of gas from this particular star is expanding rapidly and cooling itself in the process. This is similar in principle to the way refrigerators use expanding gas to produce cold temperatures. The researchers were able to take the temperature of the gas in the nebula by seeing how it absorbed the cosmic microwave background radiation, which has a very uniform temperature of 2.8 degrees Kelvin (minus 455 degrees Fahrenheit).

"When astronomers looked at this object in 2003 with Hubble, they saw a very classic 'hourglass' shape," commented Sahai. "Many planetary nebulae have this same double-lobe appearance, which is the result of streams of high-speed gas being jettisoned from the star. The jets then excavate holes in a surrounding cloud of gas that was ejected by the star even earlier in its lifetime as a red giant."

Observations with single-dish millimeter wavelength telescopes, however, did not detect the narrow waist seen by Hubble. Instead, they found a more uniform and nearly spherical outflow of material.

ALMA's unprecedented resolution allowed the researchers to reconcile this discrepancy. By observing the distribution of carbon monoxide molecules, which glow brightly at millimeter wavelengths, the astronomers were able to detect the double-lobe structure that is seen in the Hubble image, but only in the inner regions of the nebula. Further out, they actually observed a more elongated cloud of cold gas that is roughly round.

The researchers also discovered a dense lane of millimeter-sized dust grains surrounding the star, which explains why this outer cloud has an hourglass shape in visible light. These dust grains have created a mask that shades a portion of the central star and allows its light to leak out only in narrow but opposite directions into the cloud, giving it an hourglass appearance.

"This is important for the understanding of how stars die and become planetary nebulae," said Sahai. "Using ALMA, we were quite literally and figuratively able to shed new light on the death throes of a Sun-like star."

The new research also indicated that the outer fringes of the nebula are beginning to warm, even though they are still slightly colder than the cosmic microwave background. This warming may be due to the photoelectric effect -- an effect first proposed by Einstein in which light is absorbed by solid material, which then re-emits electrons.

Additional authors on this paper include Wouter Vlemmings, Chalmers University of Technology, Onsala, Sweden Patrick Huggins, New York University, New York Lars-Ake Nyman, Joint ALMA Observatory, Santiago de Chile and Yiannis Gonidakis, CSIRO, Australia Telescope National Facility.

ALMA, an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Das Joint ALMA Observatory (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.