Eine Illustration zeigt 22 planetarische Nebel, die nach Größe geordnet sind. (Bildnachweis: ESA/Hubble und NASA, ESO, NOAO/AURA/NSF nach einer Idee des entsprechenden Autors und Ivan Bojičić und gerendert von Ivan Bojičić mit Unterstützung von David Frew und dem Autor).
Astronomen haben möglicherweise das Rätsel gelöst, warum den Leichentüchern toter Sterne Schwefel zu fehlen scheint, ein Element, das einst als „Schwefel“ bekannt war und mit dem Ausdruck „Feuer und Schwefel“ in der Bibel in Verbindung gebracht wird. Theoretisch müsste eine beträchtliche Menge Schwefel in den Wrackteilen von Sternen im gesamten Kosmos vorhanden sein.
Wo ist also der Schwefel hin?
Astrophysiker des Laboratory for Space Research (LSR) an der Universität Hongkong (HKU) haben herausgefunden, warum solche gas- und staubhaltigen Trümmergebiete oder „planetarische Nebel“ nicht die erwarteten Schwefelmengen aufweisen. Planetarische Nebel entstehen in der Umgebung von Sternen, die ihren nuklearen Brennstoffvorrat aufgebraucht haben und zu dichten Sternenleichen, den so genannten Weißen Zwergen, geworden sind,
Das Team vermutet, dass der erwartete Schwefelgehalt gar nicht vorhanden ist, sondern dass das Element von denjenigen, die es in fester Form auf der Erde abbauen, als „Teufelsgold“ bezeichnet wird, und somit einen teuflischen Trick anwendet. Kurz gesagt, der Schwefel könnte sich im Verborgenen befinden.
Planetarische Nebel gibt es in einer überraschenden Vielfalt von Formen und Farben, die sowohl Profi- als auch Amateurastronomen faszinieren. Diese Nebel liefern kurzlebige „Schnappschüsse“ vom Tod von Sternen und sind damit ein wichtiges Fenster in die letzte, wasserstoffverbrennende „Hauptreihen“-Existenz eines Sterns, was zu detaillierten Untersuchungen ihrer chemischen Zusammensetzungen führt.
Der beste Trick, den der Schwefel je gebracht hat
Trotz des etwas verwirrenden Namens haben planetarische Nebel eigentlich nichts mit Planeten zu tun. Im Gegensatz zu protoplanetaren Scheiben, den Materiefransen um junge Sterne, die kollabieren und Planeten hervorbringen, entstehen planetarische Nebel am entgegengesetzten Ende des Lebens eines Sterns.
Wenn die Sterne ihren Brennstoffvorrat für die Kernfusionsprozesse in ihren Kernen erschöpft haben, wird auch die Energie, die nach außen drückt und jeden Kern vor der immensen Anziehungskraft der eigenen Schwerkraft schützt, gestoppt.
Das stellare Tauziehen, das einen Stern seit Milliarden von Jahren gegen den Kollaps ausbalanciert hat, endet – und die Schwerkraft ist der klare Sieger. Dann, wenn der Kern des Sterns kollabiert, bewirkt die Kernfusion, die noch in der feurigen äußeren Hülle des Sterns stattfindet, dass er sich aufbläht.
Dadurch wird der Stern zunächst zu einem roten Riesenstern.
Die Sonne wird diesen Prozess in etwa 5 Milliarden Jahren durchlaufen und sich aufblähen, um die inneren Planeten, einschließlich der Erde, zu verschlingen. Doch so verheerend und unwiderruflich verändernd die Phase des Roten Riesen für Planeten in der Nähe eines sterbenden Sterns auch sein kann, sie ist relativ kurz. Wenn die äußeren Schichten eines Sterns abkühlen und sich weiter auflösen, bleibt ein schwelender Sternkern zurück, der jetzt ein Weißer Zwerg ist und von einem planetarischen Todesnebel umgeben ist.
Planetarische Nebel sind jedoch ebenfalls kurzlebig und bleiben nur für einige zehntausend Jahre um Weiße Zwerge gewickelt.
Um auf das Rätsel des fehlenden Schwefels zurückzukommen, haben Untersuchungen planetarischer Nebel, die ihre chemische Zusammensetzung aufgedeckt haben, gezeigt, dass sie schwefelarm sind. Dies ist jedoch schwer zu erklären, da Schwefel in Verbindung mit Elementen wie Sauerstoff, Neon, Argon und Chlor in massereicheren Sternen produziert werden sollte. Eigentlich müsste der Schwefelgehalt in planetarischen Nebeln proportional zu diesen anderen Elementen sein.
Dies wurde jedoch nicht beobachtet – vor allem nicht bei toten Sternen mittlerer Masse.
Ein weißer Zwerg leuchtet rot im Zentrum einer schimmernden Gas- und Staubwolke im Helix-Nebel, der sich 700 Lichtjahre entfernt im Sternbild Wassermann befindet. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/Universität von Arizona)
Um das Geheimnis des Schwefels in planetarischen Nebeln zu lüften, untersuchte das Team 130 planetarische Nebel im Herzen der Milchstraße – ein beispielloser Datensatz, der nicht durch Hintergrundrauschen oder unerwünschte Informationen verunreinigt ist.
Der Datensatz stammt vom Very Large Telescope, einem der modernsten optischen Teleskope der Welt, das sich am Paranal-Observatorium in der chilenischen Atacama-Wüste befindet.
Chemische Elemente absorbieren und emittieren Licht in charakteristischen und einzigartigen Wellenlängen, was bedeutet, dass die Elemente in einer Gas- und Staubwolke, wenn das Licht durch sie hindurchgeht, ihre Fingerabdrücke auf diesem Licht oder „Spektren“ hinterlassen, was eine Untersuchungsmethode namens Spektroskopie ermöglicht. Das Team entdeckte in seinen Daten, dass das Fehlen von Schwefel einfach auf die schlechte Qualität der Daten für das durch den planetarischen Nebel emittierte Licht zurückzuführen ist.
Durch die Verwendung ihrer großen Probe des planetarischen Nebels mit seinem hohen Signal-Rausch-Verhältnis konnten die Forscher zum ersten Mal ein starkes „Lockstep“-Verhalten zwischen Schwefel und anderen Elementen feststellen, wodurch die frühere Anomalie praktisch verschwand.
Das Team meint, dass diese Ergebnisse zeigen, wie wichtig qualitativ hochwertige Daten sind, wenn man wissenschaftliche Rätsel lösen will.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Januar in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
