Krabbenæbelen (M1) – supernovarester (SN 1054) og pulsar i stjernebilledet Tyren

Krabbenæbelen (M1) — ikonisk supernovarest fra SN 1054 i stjernebilledet Tyren med den hurtigroterende Crab-pulsar; forskning i pulsarer, supernovarester og kosmisk stråling.

Krabbenæbelen (katalogbetegnelser M1, NGC 1952, Taurus A) er en supernova-rester og en "pulsarvindstjerne" i stjernebilledet Tyren. Tågen blev observeret af John Bevis i 1731; den svarer til en lysende supernova, som kinesiske og islamiske astronomer registrerede i 1054. I 1840 gav astronomen William Parsons den det navn, som den har i dag.

Tågen er omkring 6.500 lysår (2 kpc) fra Jorden. Den har en diameter på 11 ly (3,4 pc) og udvider sig med en hastighed på ca. 1.500 km i sekundet. Den er en del af Perseus-armen i Mælkevejsgalaksen.

I midten af stjernetågen ligger Crab pulsar, en neutronstjerne (eller snurrende neutronkugle) på 28-30 km i diameter, som udsender strålingspulser fra gammastråleudbrud til radiobølger med en hastighed på 30,2 gange i sekundet. Tågen var det første astronomiske objekt, der blev identificeret med en historisk supernovaeksplosion.

Tågen fungerer som en strålekilde til undersøgelse af himmellegemer mellem den og os. I 1950'erne og 1960'erne blev Solens korona kortlagt ud fra observationer af krabbens radiobølger, der passerede igennem den, og i 2003 blev tykkelsen af atmosfæren på Saturnmånen Titan målt, da den blokerede for røntgenstråler fra tågen.

De overskyede rester af SN 1054 er nu kendt som krabbespejlet. Tågen kaldes også Messier 1 eller M1, da den var det første Messier-objekt, der blev katalogiseret i 1758.

Historisk baggrund

Den supernova, der skabte Krabbenæbelen, blev tydeligt observeret år 1054 af astronomer i Kina og i den islamiske verden. Kilderne angiver, at eksplosionen var så lysstærk, at den kunne ses i dagslys i en periode (kilder beskriver typisk synlighed i dagslys i omkring 23 dage) og natligt i næsten to år. Identifikationen af denne historiske begivenhed med den nuværende tåge var et vigtigt gennembrud for forståelsen af, at visse tåger er rester efter stjerneeksplosioner.

Struktur og emission

Krabbenæblens udseende er karakteriseret ved to hovedkomponenter: et netværk af kølige, filamentære gasser og en diffus, stærkt strålende synchrotron-udsendende tåge. Filamenterne består af tunge grundstoffer (fx kulstof, oxygen, svovl) fra den udblæste stjerne og fremstår klart i synligt lys og i spektrallinjer, mens den diffuse emission skyldes relativistiske elektroner, der bevæger sig i et magnetfelt og danner synchrotronstråling, som spænder fra radiobølger over optisk og røntgen og helt op til gamma-stråling.

Indenfor den diffuse del ses fine strukturer: en indre ring og polare jets, især tydelige i røntgenbilleder fra rumteleskoper som Chandra. Den samlede diameter i synligt lys er omkring 11 ly, men udbredelsen og intensiteten varierer med bølgelængde.

Krabbe-pulsaren og dens egenskaber

Crab-pulsaren i centrum er en ung og meget energirig neutronstjerne. Den roterer omkring 30,2 gange i sekundet (periode ca. 0,033 s) og afgiver en kraftig strømmende pulsarvind bestående af højenergetiske partikler og magnetfelt. Denne vind overfører roteringsenergi fra pulsaren til omgivelserne og driver den udadgående synchrotronstråling, som lyser tågen op.

Pulsarens rotationsenergi aftager gradvist (såkaldt spin-down). Den udstrålede effekt er meget stor — af størrelsesordenen 10^38–10^39 erg/s (svarende til omkring 4–5 × 10^31 W) — og den magnetiske overfladefeltstyrke er af størrelsesordenen 10^12–10^13 gauss. Pulsaren er kun nogle få titals kilometer i diameter, men dens indflydelse rækker langt ud i tågen.

Opdagelser og moderne forskning

Krabbenæblen og dens pulsar er blevet studeret over hele det elektromagnetiske spektrum og har spillet en central rolle i udviklingen af moderne astrofysik. I slutningen af 1960'erne blev pulsationsfænomener fra centrale neutronstjerner observeret, og siden da er pulsaren blevet registreret fra radio og optisk lys til røntgen og gamma. Observatorier som Hubble, Chandra, Fermi og andre har leveret detaljerede billeder og tidopløste målinger, der afslører dynamikken i den indre ring og jets.

Krabbens kontinuerlige højenergi-udsendelse bruges ofte som kalibreringskilde for røntgen- og gammaobservatorier, selvom man i 2010'erne observerede uventede korte, kraftige gamma-ray flares, som viste, at nebulaen kan være mere variabel på høje energier, end man troede.

Betydning

Krabbenæblen er både et historisk referencepunkt og et moderne laboratorium for astrofysik. Den forbinder observationer af en historisk supernova med detaljerede fysiske modeller af neutronstjerner, pulsarvinde, partikelaccelerering og strålingsmekanismer. På grund af sin relative nærhed og klare emission er Krabbenæblen fortsat et af de bedst undersøgte og mest citerede objekter i himlen.

Fakta i hurtig oversigt:

• Afstand: ≈ 6.500 lysår (2 kpc)
• Diameter: ≈ 11 ly (3,4 pc)
• Udvidelseshastighed: ≈ 1.500 km/s (sekundet)
• Oprindelse: supernova observeret i 1054 (SN 1054)
• Centralt objekt: Crab pulsar — neutronstjerne med rotationshastighed ~30,2 Hz

Oprindelse

Krabbenæbelen er opstået i forbindelse med den lysstærke supernova SN 1054, som blev registreret af kinesiske astronomer i 1054 e.Kr. Selve krabbespejlet blev første gang observeret i 1731 af John Bevis. Tågen blev uafhængigt genopdaget i 1758 af Charles Messier, da han observerede en lysende komet. Messier katalogiserede den som den første post i sit katalog over kometlignende objekter. Jarlen af Rosse observerede tågen på Birr Castle i 1848 og kaldte objektet for krabbenæbelen, fordi en tegning, han lavede af den, lignede en krabbe.

I begyndelsen af det 20. århundrede afslørede analysen af tidlige fotografier af stjernetågen, der blev taget med flere års mellemrum, at den var ved at udvide sig. Ved at spore ekspansionen tilbage i tiden viste det sig, at tågen må være blevet synlig på Jorden for ca. 900 år siden. Historiske optegnelser afslørede, at en ny stjerne, der var klar nok til at kunne ses om dagen, var blevet registreret i samme del af himlen af kinesiske astronomer i 1054. På grund af den store afstand kan den "gæstestjerne", som kineserne observerede om dagen, kun have været en supernova - en massiv, eksploderende stjerne, der har opbrugt sin energi fra kernefusion og er kollapset ind i sig selv.

Nylige analyser af historiske optegnelser har vist, at den supernova, der skabte krabbespejlet, sandsynligvis opstod i april eller begyndelsen af maj og nåede sin maksimale lysstyrke på mellem -7 og -4,5 (lysere end alt på nattehimlen undtagen månen) i juli. Supernovaen var synlig for det blotte øje i omkring to år efter den første observation. Takket være de registrerede observationer fra astronomer fra Fjernøsten og Mellemøsten i 1054 blev krabbespejlet det første astronomiske objekt, der blev anerkendt som værende forbundet med en supernovaeksplosion.

Afspil medier Krabbenæbelen video af NASA

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er krabbesprayen?

Spørgsmål: Hvor langt væk fra Jorden er krabbespejlet?

Spørgsmål: Hvad ligger i midten af tågen?

Spørgsmål: Hvem har givet den sit navn?

Spørgsmål: Hvilken del af vores galakse tilhører den?

Spørgsmål: Hvor hurtigt udvider den sig?

Spørgsmål: På hvilke måder har forskerne brugt observationer fra dette objekt til forskningsformål?

Søg efter bogstav