Planetareschen Niwwel
E Planetareschen Niwwel ass een astronomeschen Objet, a besteet aus engem Mantel vu Gas a Plasma, déi vun engem ale Stär um Enn vu senger Entwécklung ofgestouss ginn.
Den Objet huet näischt mat engem Planéit ze dinn. D'Bezeechnung kënnt dohier, datt verschidden Niwwelen am Teleskop ausgesinn, wéi wann et e Gasris wéi z. B. de Jupiter wier.
Planetaresch Niwwelen existéiere meeschtens net méi laang wéi e puer zéngdausend Joer. Am Verglach zu engem duerchschnëttleche Stäreliewen, dat e puer Milliarde Joren dauert, ass déi Zäitspan ganz kleng.
An eiser Galaxie, der Mëllechstrooss, si ronn 1.500 planetaresch Niwwele bekannt.
Planetaresch Niwwele spillen eng entscheedend Roll an der cheemescher Evolutioun vun der Galaxie, well dat ofgestouss Material, d'interstellare Matière mat schwéieren Elementer, wéi Kuelestoff, Stéckstoff, Sauerstoff, Kalzium an anere Reaktiounsprodukte vun der stellarer Kärfusioun, uräichert. An anere Galaxië si Planetaresch Niwwelen heiansdo déi eenzeg observéiert Objeten, déi genuch Informatioun liwweren, fir eppes iwwer déi cheemesch Zesummesetzung gewuer ze ginn.
Mat dem Hubble-Weltraumteleskop goufe Fotoe vu ville planetareschen Niwwele gemaach. E Fënneftel vun den Niwwelen ass kugelfërmeg. Déi meescht sinn awer méi komplex opgebaut an hu verschidde Formen. D'Mechanisme vum Ausléise vun der Form sinn nach net genee bekannt. Méiglech Ursaache kéinte Begleetstären, Stärewand oder Magnéitfelder sinn.
Observatiounsgeschicht
ännerenPlanetaresch Niwwele sinn am Allgemengen Objeten déi schwaach liichten, an dofir mat bloussem A net ze gesinn. Den éischten entdeckte planetareschen Niwwel war den Hantelniwwel am Stärebild Fuuss. E gouf am Joer 1764 vum Charles Messier entdeckt, a gëtt a sengem Katalog mat dem Index M 27 opgefouert.
Well d'optesch Opléisung vun deene fréieren Teleskope relativ kleng war, huet de planetareschen Niwwel dora wéi eng niwweleg Scheif ausgesinn. Well Gasplanéite bal d'selwecht ausgesinn, kënnt dat de Grond sinn, datt de Wilhelm Herschel, Entdecker vum Planéit Uranus, hinnen den Adjektiv planetaresch ginn huet. Déi Bezeechnung gouf bis haut bäibehalen.
D'Zesummesetzung vu planetareschen Niwwelen ass bis Mëtt vum 19. Joerhonnert onbekannt bliwwen, bis déi éischt spektroskopesch Observatioune gemaach goufen. De William Huggins war ee vun den éischten Astronomen, déi d'Liichtspektrum vun astronomeschen Objete studéiert huet, andeems hie mat Hëllef vun engem Prisma hiert d'Liicht zerstreet huet. Seng Stärenobservatiounen hunn ee kontinuéierleche Spektrum mat e puer donkelen Absorptionslinne gewisen. E bëssche méi spéit huet hien erausfonnt, datt e puer niwweleg Objeten, wéi den Andromedaniwwel, en änleche Spektrum hunn. Déi Niwwele stelle sech méi spéit als Galaxien eraus. Wéi den Huggins awer de Kazenaniwwel gekuckt huet, huet hien e ganz anere Spektrum fonnt. Dee war net kontinuiéierlech, an huet nëmmen e puer Emissiounslinne gewisen. Déi hellst Linn hat eng Wellelängt vu 500,7 Nanometer. Déi stoung a kengem Zesummenhank mat iergendengem bekannte cheemeschen Element. Am Ufank gouf dofir ugeholl, datt et sech ëm en onbekannt Element géif handelen, a si hunn em den Numm Nebulium ginn.
Am Joer 1868 gouf beim Sonnespektrum e bis dohin onbekannt Element, den Helium entdeckt. Kuerz drop gouf och Helium an der Atmosphär vun der Äerd nogewisen an isoléiert. Nebulium gouf net fonnt oder festgestallt. Uganks vum 20. Joerhonnert huet den Henry Norris Russell virgeschloen, datt et sech net ëm en neit Element handelt, awer éischter e bekannt Element an onbekannte Verhältnesser.
An den 1920er Joren hu Physiker nogewisen, datt de Gas an de planetareschen Niwwelen eng extreem niddreg Dicht huet. Elektrone kënnen an den Atomen an an de Ione metastabill Energieniveauen erreechen, déi soss bei méi héijen Dichten duerch déi stänneg Kollisiounen nëmme kuerzzäiteg existéiere kënnen. Elektroneniwwergäng am Sauerstoff féieren zu enger Emissioun bei 500,7 nm. Spektrallinnen, déi nëmmen a Gase mat ganz nidderegen Dichten observéiert kënne ginn, nennt ee verbuede Linnen.
Bis Ufanks vum 20. Joerhonnert ass ugeholl ginn, datt planetaresch Niwwelen d'Virstuf vu Stären duerstellen. Et gouf gegleeft, datt sech d'Niwwelen ënner der eegener Gravitatioun zesummenzéien, an am Zentrum e Stär maachen. Spéider spektroskopesch Ënnersichungen hu gewisen, datt sech all planetaresch Niwwelen ausdeenen. Sou ass erausfonnt ginn, datt d'Niwwelen déi ofgestousse baussenzeg Schichte vun engem futtisse Stär duerstellen, deen als ganz waarmen, awer lichtschwaachen Objet am Zentrum zeréckbleift.
Géint Enn vum 20. Joerhonnert huet déi verbessert Technologie gehollef, d'Entwécklung vun de planetareschen Niwwele besser ze verstoen. Duerch d'Weltraumteleskope konnten d'Astronomen och emittéiert Liicht baussenzeg vum siichtbare Spektrum ënnersichen, dat wéinst der Äerdatmosphär vun Observatoiren aus, déi um Buedem stinn net ka gesi ginn. Duerch d'Observatioun vun infrarouden an ultraviolette Stralungsundeeler vu planetareschen Niwwele kann een hir Temperatur, Dicht a cheemesch Zesummesetzung méi genee bestënmmen. Mat Hëllef vun CCD-Technologie loosse sech d'Spektrallinne méi prezis bestëmmen, a sou och extreem schwaach Linne siichtbar maachen.
Entwécklung vu planetareschen Niwwelen
ännerenPlanetaresch Niwwele stellen den Endstadium vun engem duerchschnëttleche Stär wéi eis Sonn duer.
En typesche Stär huet manner wéi déi duebel Sonnemass. Seng Energie gëtt am Kär ausgeléist, an deem d'Kärfusioun vu Waasserstoff zu Helium ofleeft. De Stralungsdrock deen doduerch entsteet, verhënnert datt de Stär duerch seng eege Gravitatioun kollabéiert. Et stellt sech e stabilen Zoustand an, deen iwwer Milliarde Joren undauere kann.
No ville Milliarde Jore sinn d'Waasserstoffreserven am Kär verbraucht. De Stralungsdrock léisst no, an de Kär gëtt duerch d'Gravitatiounskräfte kompriméiert an hëtzt sech op. D'Temperatur am Kär klëmmt an där Phas vu 15 Milliounen op 100 Millioune K. Am Kär fusiounéiert elo Helium zu Kuelestoff a Sauerstoff. An der „Schuel“ ëm de Kär fusiounéiert Waasserstoff zu Helium. Als Folleg deent sech de Mantel vum Stär staark aus, a kënnt an de Stadium vun engem Roude Ris.
D'Heliumfusioun ass staark temperaturempfindlech an huet eng Reaktiounsvitesse, déi proportionell zu der 40. Potenz vun der Temperatur ass. Bei enger Erhéijung vun der Temperatur ëm nëmmen 2 % verduebelt sech de Reaktiounsundeel. Dat mécht de Stär ganz onstabil – eng kleng Erhéijung vun der Temperatur féiert direkt dozou datt d'Reaktiounsvitesse staark an d'Luucht geet, a staark Energie fräisetzt, wouduerch d'Temperatur nach méi klëmmt. D'Schichten, an deene grad d'Heliumfusioun stattfënnt, deene sech mat staarker Vitess aus a kille sech doduerch erëm of, wouduerch de Reaktiounsundeel erëm erofgesat gëtt. D'Resultat ass eng staark Pulsatioun, déi heiansdo staark genuch ass, fir déi ganz Stärenatmosphär an de Weltraum ze schleideren.
De Gas vum Stäremantel deent sech ufanks mat enger Vitess vun 20 bis 40 Kilometer pro Sekonn aus an huet eng Temperatur vu ronn 10.000 K. Dëse vergläichsweis luese Stärewand mécht d'Haaptmass vum Niwwel aus. An där Mooss, wéi de Stär no an no säi baussenzege Mantel verléiert, an den ëmmer méi waarme Kär fräileet, wiesselt seng Faarf vun orange iwwer giel bis hin zu wäiss an zum Schluss blo – e siichtbart Zeechen, datt seng Uewerflächentemperatur op iwwer 25.000 K klëmmt. Wann déi fräigeluechten Uewerfläch ronn 30.000 K gliddeg ass, gi genuch héichenergeetesch ultraviolett Photone fortgeschéckt, fir de Gas dee virdrun ausgestouss gouf ze ioniséieren. De Gasmantel gëtt elo als planetareschen Niwwel siichtbar. De Stär am Zentrum huet de Stadium vun engem Wäissen Zwerg erreecht.
Siichtbarkeetsdauer vum Niwwel
ännerenDéi ausgestousse Gase vum planetareschen Niwwel beweege sech mat enger Vitess vun e puer Kilometer pro Sekonn vum Zentrum ewech. De Stärewand kléngt am Laf vun der Zäit vollstänneg of, a beim Gas trëtt eng Rekombinatioun an, wouduerch en onsiichtbar gëtt. Fir déi meescht planetaresch Niwwelen ass d'Zäitspan tëscht Formatioun a Rekombinatioun ongeféier 10.000 Joer.
Galaktesch Recycler
ännerenPlanetaresch Niwwele spillen eng wichteg Roll an der Entwécklung vun enger Galaxie. Dat fréiert Universum huet bal vollstänneg aus Waasserstoff an Helium bestanen. Eréischt duerch déi an de Stären oflafend Nukleosynthes goufen déi schwéier Elementer produzéiert, déi an der Astrophysik och Metalle genannt ginn.
D'Gase vu planetareschen Niwwelen enthalen zu groussen Deeler Elementer wéi Kuelestoff, Stéckstoff a Sauerstoff, mat deene si d'interstellar Matière uräicheren.
Nokommend Stäregeneratioune bestinn zu engem klengen Deel aus dëse schwéieren Elementer, déi awer en Afloss op d'Stärenentwécklung hunn. D'Planéite bestinn zu engem groussen Deel aus schwéieren Elementer.
Nieft de planetareschen Niwwele stoussen och Supernovaexplosiounen an hirer Endphas vu masseräiche Stäre schwéier Elementer aus.
Eegenschaften
ännerenPhysikalesch Eegenschaften
ännerenTypesch planetaresch Niwwele bestinn aus ronn 70 % Waasserstoff an 28 % Helium. De Rescht besteet haaptsächlech aus Kuelestoff, Stéckstoff a Sauerstoff souwéi aus Spuere vun aneren Elementer.
Si hunn en Duerchmiesser vu ronn engem Liichtjoer a bestinn aus extreem verdënntem Gas mat enger Dicht vu ronn 1.000 Deelecher pro Kubikzentimeter. Déi héchst Dicht hu „jonk“ planetaresch Niwwele mat bis zu enger Millioun Deelecher pro Kubikzentimeter. Am Laf vun der Zäit féiert d'Ausdeenung vum Niwwel zu enger Reduktioun vu senger Dicht.
De Stär am Zentrum wiermt duerch seng Stralung d'Gasen op eng Temperatur vu ronn 10.000 K op. Entgéint den Erwardungen ass d'Gastemperatur meeschtens méi héich, wat e méi wäit vum Zentrum ewech kuckt. Dat läit dorun, datt energieräich Photone méi rar absorbéiert gi wéi manner energieräicher. An de Randberäicher vum Niwwel sinn déi manner energeetesch Photone schonn absorbéiert ginn an déi iwwereg gebliwwen héichenergeetesch Photone féieren dann zu der staarken Temperaturerhéijung.
Planetaresch Niwwele kann een entweeder mat „matièrebegrenzt“ oder „stralungsbegrenzt“ beschreiwen. Am éischte Fall ass sou vill Matière ëm de Stär, datt all ultraviolett Photonen, déi emittéiert ginn, absorbéiert ginn a sou den Niwwel vun neutralem Gas ëmginn ass. Am anere Fall gëtt d'Stralung duerch d'Matière begrenzt. Dobäi gi genuch Photonen emittéiert, fir all de Gas vum Niwwel z'ioniséieren.
Niwwelen, déi Regiounen aus ioniséiertem Waasserstoff enthalen, nennt een Emissiounsniwwel. Si bestinn zum gréissten Deel aus engem Plasma, an deem ioniséierte Waasserstoff (Protonen) a fräi Elektrone virkommen. Anescht wéi bei engem „einfache“ Gas kritt den Niwwel duerch d'Plasma charakteristesch Eegenschafte wéi Magnéitfeld, Plasma-Duebelschichten, Synchrotronstralung a Plasmainstabilitéiten.
Zuel an Existenz
ännerenZu eiser Zäit si 1.500 planetaresch Niwwelen an eiser Galaxis bekannt, déi aus ronn 200 Milliarde Stäre besteet. Wann een déi ganz kuerz Existenz vum Niwwel a Relatioun zum ganze „Stäreliewen“ kuckt, gëtt déi kleng Zuel verständlech. Se si meeschtens am Plang vun der Mëllechstrooss, mat der gréisster Konzentratioun am galakteschen Zentrum. Et sinn nëmmen zwéi planetaresch Niwwelen a Stärekéip bekannt.
Viru kuerzem huet eng systematesch fotografesch Duerchmusterung vum Himmel d'Zuel vu bekannte planetareschen Niwwelen drastesch erhéicht. Obschonn CCDen de cheemesche Film an der moderner Astronomie ersat huet, gouf dobäi e Kodak-Technical-Pan-Film agesat. A Kombinatioun mat engem spezielle Filter fir d'Isolatioun vun den typesche Waasserstofflinnen, déi an all planetareschen Niwwele virkommen, konnten och liichtschwaach Objeten nogewise ginn.
Gestalt
änneren
Am Allgemengen hu planetaresch Niwwelen eng symmetresch an ongeféier sphäresch Gestalt. Et existéieren awer och ënnerschiddlech a komplex Formen. Ongeféier 10 % si staark bipolar markéiert, verschiddener sinn asymmetresch; een Exemplar ass – vun eis aus gesinn – souguer rechteckeg. D'Ursaache vun der Formevillfalt ass net genee bekannt. Méiglecherweis entstinn d'Formen duerch Gravitatiounswierkunge vu Begleetstären. Eng aner Méiglechkeet wier, datt masseräich Planéiten de Matièrefloss stéiere wa sech den Niwwel ausformt. Am Januar 2005 gouf fir d'éischt e Magnéitfeld ëm déi zentral Stäre vun zwéi planetareschen Niwwele fonnt.
Aktuelle Fuerschungsgéigestand
ännerenEn Haaptproblem bei der Erfuerschung vu planetareschen Niwwele besteet doran, datt een hir Distanz nëmme schwéier bestëmme kann. Bei relativ noe planetareschen Niwwelen ass d'Distanzbestëmmung mat Hëllef vun der Parallax méiglech. Ass d'Distanz bekannt, léisst sech duerch joerlaang Observatiounen d'Expansiounsvitesse vum Niwwel vertikal zu der Observatiounsrichtung bestëmmen. Duerch d'spektroskopesch Ënnersich vum Dopplereffekt kritt een och d'Expansiounsvitesse an Observatiounsrichtung.
D'Erklärunge fir d'extrem Formevillfalt ginn zurzäit kontrovers diskutéiert.
Literatur
änneren- Lubos Kohoutek: Catalogue of galactic planetary nebulae, Abhandlungen aus der Hamburger Sternwarte Nr. 12, Hamburg-Bergedorf 2001
- Sun Kwok: The origin and evolution of planetary nebulae, Cambridge 2000
- Harm Jan Habing: Planetary nebulae - proceedings of the 180th Symposium of the International Astronomical Union, Dordrecht 1997 (Kluwer)
- Grigor A. Gurzadyan: The physics and dynamics of planetary nebulae, Berlin 1997 (Springer)
- Holger Marten: Zeitabhängige Effekte in der Entwicklung Planetarischer Nebel und deren Bedeutung für die Interpretationen von Beobachtungen, Universitätsdissertation, Kiel 1994
- Ralf Napiwotzki: Analyse von Zentralsternen alter planetarischer Nebel und verwandter Objekte, Universitätsdissertation, Kiel 1993
Kuckt och
änneren
Um Spaweck
änneren| Commons: Planetaresch Niwwelen – Biller, Videoen oder Audiodateien |
