Planetarische Nebel sind expandierende Gasschalen, die am Ende ihres Lebens von sonnenähnlichen Sternen ausgestoßen werden. Sonnenähnliche Sterne verbrennen den größten Teil ihres Lebens Wasserstoff in Helium. Am Ende dieser Wasserstofffusionsphase vergrößern diese Sterne ihren Durchmesser um etwa den Faktor 100 und werden zu „roten Riesensternen“. Am Ende der roten Riesenphase werden die äußeren Schichten des Sterns weggeblasen. Das ausgestoßene Gas dehnt sich weiter aus dem verbleibenden Zentralstern aus, der sich später zu einem „weißen Zwerg“ entwickelt, wenn die gesamte Kernfusion aufgehört hat. Astronomen glauben, dass sich ein planetarischer Nebel bildet, wenn ein schneller Sternwind, der vom Zentralstern kommt, einen langsameren Wind aufholt, der früher erzeugt wurde, als der Stern die meisten seiner äußeren Schichten auswarf. An der Grenze zwischen den beiden Winden tritt ein Schock auf, der die für Planetennebel charakteristische sichtbare dichte Schale erzeugt. Die Gashülle wird durch das vom heißen Zentralstern emittierte Licht angeregt und beleuchtet. Das Licht des Zentralsterns kann den planetarischen Nebel etwa 10.000 Jahre lang beleuchten.
Die beobachteten Formen von Planetennebeln sind sehr rätselhaft: Die meisten von ihnen (etwa 80%) sind eher bipolar oder elliptisch als sphärisch symmetrisch. Diese Komplexität hat zu schönen und erstaunlichen Bildern geführt, die mit modernen Teleskopen erhalten wurden. Die folgenden Bilder vergleichen planetare Nebel mit bipolaren (links) und sphärischen (rechts) Formen.
Der Grund, warum die meisten planetarischen Nebel nicht kugelförmig sind, ist nicht gut verstanden. Bisher wurden mehrere Hypothesen berücksichtigt. Einer von ihnen legt nahe, dass die seltsamen Formen von Planetennebeln auf einen Zentrifugaleffekt zurückzuführen sein könnten, der sich aus der schnellen Rotation roter Riesen ergibt. Eine andere Theorie besagt, dass die Symmetrie des Sternwinds durch einen Begleitstern beeinflusst werden kann. Die neuesten und überzeugendsten Theorien, die die Formen der Nebel erklären, beinhalten jedoch Magnetfelder.
Das Vorhandensein von Magnetfeldern würde die komplizierten Formen von Planetennebeln gut erklären, da die ausgestoßene Materie entlang von Magnetfeldlinien eingeschlossen ist. Dies kann mit Eisenspänen verglichen werden, die entlang der Feldlinien eines Stabmagneten eingeschlossen sind - eine klassische Demonstration in Physikunterrichtsräumen der High School. Da starke Magnetfelder an der Oberfläche des Sterns auch Druck auf das Gas ausüben, kann Materie den Stern leichter an den Magnetpolen verlassen, an denen das Magnetfeld am stärksten ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Magnetfelder in der Nähe von Planetennebeln erzeugt werden können. Magnetfelder können von einem Sternendynamo während der Phase erzeugt werden, in der der Nebel ausgestoßen wird. Damit ein Dynamo existiert, muss sich der Kern des Sterns schneller drehen als die Hülle (wie es bei der Sonne der Fall ist). Es ist auch möglich, dass die Magnetfelder fossile Relikte früherer Stadien der Sternentwicklung sind. In den meisten Fällen ist die Materie in Sternen so stark elektrisch leitend, dass Magnetfelder Millionen oder Milliarden von Jahren überleben können. Beide Mechanismen könnten in Kombination mit der Wechselwirkung der ausgestoßenen Materie mit dem umgebenden interstellaren Gas die planetarischen Nebel formen.
Bis vor kurzem war die Idee, dass Magnetfelder ein wichtiger Bestandteil bei der Formung planetarischer Nebel sind, eine rein theoretische Behauptung. Im Jahr 2002 wurden erste Hinweise auf das Vorhandensein solcher Magnetfelder gefunden. Radiobeobachtungen ergaben Magnetfelder in zirkumstellaren Hüllen von Riesensternen. Diese zirkumstellaren Hüllen sind in der Tat Vorläufer von Planetennebeln. In den Nebeln selbst wurde jedoch noch nie ein solches Magnetfeld beobachtet. Um einen direkten Hinweis auf das Vorhandensein von Magnetfeldern in planetarischen Nebeln zu erhalten, beschlossen die Astronomen, sich auf die Zentralsterne zu konzentrieren, in denen die Magnetfelder hätten überleben sollen.
Dieser erste direkte Beweis wurde nun erhalten. Zum ersten Mal entdeckten Stefan Jordan und sein Team Magnetfelder in mehreren Zentralsternen planetarischer Nebel. Mit dem FORS1-Spektrographen des Very Large Telescope der 8-m-Klasse (VLT, European Southern Observatory, Chile) wurde die Polarisation des von vier dieser Sterne emittierten Lichts gemessen. Die Polarisationssignaturen in den Spektrallinien ermöglichen es, die Intensität der Magnetfelder in den beobachteten Sternen zu bestimmen. In Gegenwart eines Magnetfeldes ändern Atome ihre Energie auf charakteristische Weise; Dieser Effekt wird als Zeeman-Effekt bezeichnet und wurde 1896 von Pieter Zeeman in Leiden (Niederlande) entdeckt. Wenn diese Atome Licht absorbieren oder emittieren, wird das Licht polarisiert. Dies ermöglicht es, die Stärke des Magnetfeldes durch Messen der Stärke der Polarisation zu bestimmen. Diese Polarisationssignaturen sind normalerweise sehr schwach. Solche Messungen erfordern Daten von sehr hoher Qualität, die nur mit Teleskopen der 8-Meter-Klasse wie dem VLT erhalten werden können.
Das Team beobachtete vier Zentralsterne von Planetennebeln und in allen wurden Magnetfelder gefunden. Diese vier Sterne wurden ausgewählt, weil ihre assoziierten planetarischen Nebel (NGC 1360, HBDS1, EGB 5 und Abell 36) alle nicht sphärisch sind. Wenn daher die Magnetfeldhypothese zur Erklärung der Formen von Planetennebeln korrekt ist, sollten diese Sterne starke Magnetfelder haben. Diese neuen Ergebnisse zeigen, dass dies tatsächlich der Fall ist: Die Stärken der detektierten Magnetfelder reichen von 1000 bis 3000 Gauß, was etwa der tausendfachen Intensität des globalen Magnetfelds der Sonne entspricht.
Diese neuen Beobachtungen von Stefan Jordan und seinen Kollegen stützen die Hypothese, dass Magnetfelder eine wichtige Rolle bei der Gestaltung planetarischer Nebel spielen. Das Team plant nun, nach Magnetfeldern in den Zentralsternen kugelförmiger planetarischer Nebel zu suchen. Solche Sterne sollten schwächere Magnetfelder haben als die gerade detektierten. Diese zukünftigen Beobachtungen werden es Astronomen ermöglichen, die Korrelation zwischen Magnetfeldern und den seltsamen Formen planetarischer Nebel besser zu quantifizieren.
In den letzten Jahren haben polarimetrische Beobachtungen mit dem VLT zur Entdeckung von Magnetfeldern in einer großen Anzahl von Sternobjekten in späten Evolutionsstadien geführt. Die Detektion dieser Magnetfelder verbessert nicht nur unser Verständnis dieser wunderschönen Planetennebelform, sondern ermöglicht es der Wissenschaft auch, einen Schritt vorwärts zu machen, um die Beziehung zwischen Magnetfeldern und Sternphysik zu klären.
Ursprüngliche Quelle: NASA Astrobiology Story
