Eine dunkle Säule aus Staub, die aussieht wie eine Katze, die dem Betrachter den Rücken zukehrt, den Kopf nach rechts gedreht, mit einem leuchtenden Auge: Pünktlich vor Halloween haben NASA und ESA am 29. Oktober drei Ansichten des sogenannten Katzenkopfnebels veröffentlicht. Das Weltraumteleskop Hubble hat ihn im sichtbaren Licht aufgenommen, das James-Webb-Teleskop im nahen und im mittleren Infrarot. Nebeneinandergelegt zeigen die Bilder sehr anschaulich, wie unterschiedlich dieselbe Region je nach Wellenlänge aussieht – und warum Astronomen für junge Sterne im Staub Infrarotteleskope brauchen.

Eine Staubsäule im Carinanebel, geformt von massereichen Sternen

Der Katzenkopfnebel ist ein kleiner Ausschnitt des Carinanebels, einer riesigen Gas- und Staubwolke am Südhimmel, rund 7.500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die Region ist ein beliebtes Ziel für Weltraumteleskope: Schon eines der ersten Webb-Bilder vom Juli 2022, die „Cosmic Cliffs“ im Sternentstehungsgebiet NGC 3324, stammt aus dem Carinanebel.

Die Katzenform ist nach Darstellung von NASA und ESA vermutlich ein Werk massereicher Sterne in der Umgebung. Deren intensive Ultraviolettstrahlung und Sternwinde tragen das umliegende Gas und den Staub nach und nach ab. Das dichtere Material der Säule widersteht dieser Erosion – zumindest vorerst. Auf Dauer ist die Szene vergänglich, die Struktur wird sich irgendwann auflösen. Das Bildfeld der Hubble-Aufnahme misst laut ESA/Hubble rund 2,4 mal 3,5 Bogenminuten. Bei 7.500 Lichtjahren Entfernung entspricht das grob fünf mal siebeneinhalb Lichtjahren.

Hubble: sichtbares Licht zeigt leuchtendes Gas und dunkle Silhouetten

Hubble hat die Region mit seiner Kamera Wide Field Camera 3 (WFC3) durch fünf Filter beobachtet. Drei davon lassen gezielt das Licht bestimmter Elemente durch: zweifach ionisierten Sauerstoff bei 502 Nanometern, Wasserstoff (H-alpha) bei 656 Nanometern und Schwefel bei 673 Nanometern. Dazu kommen zwei Breitbandfilter bei 475 und 814 Nanometern. Zusammen erfassen die Filter laut ESA das Leuchten von Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefel sowie Sternlicht, das am Staub gestreut wird.

Im Hubble-Bild ist die Katze eine undurchsichtige, dunkelbraune Staubsäule. Ihr rot leuchtendes Auge könnte ein junger Stern sein, der noch teilweise im Staub steckt. Entlang der rechten Kante verläuft ein dunstig gelber Saum. Dort wird Gas nach Darstellung von NASA und ESA von der Ultraviolettstrahlung naher Sterne ionisiert und möglicherweise verdampft – ein Prozess, den Fachleute Photoevaporation nennen. Das umgebende Gas leuchtet oben blau und türkis, nach unten hin gelb, orange und rot.

Hubble-Aufnahme des Katzenkopfnebels im sichtbaren Licht: eine dunkelbraune, hochkant stehende Staubsäule mit rotem Fleck oben, umgeben von blau, gelb und rot leuchtendem Gas

Bild: Der Katzenkopfnebel im sichtbaren Licht, aufgenommen mit Hubbles Kamera WFC3. Die Staubsäule erscheint undurchsichtig, das Auge rot. NASA, ESA, STScI, Bildbearbeitung: J. DePasquale (STScI), CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Warum Infrarot durch den Staub blickt

Dass dieselbe Säule im Webb-Bild ganz anders aussieht, hat einen physikalischen Grund. Interstellarer Staub besteht aus sehr kleinen Körnchen. Sichtbares Licht mit seinen kurzen Wellenlängen wird von diesen Teilchen leicht gestreut und absorbiert. Aus dem Inneren einer dichten Wolke dringt es deshalb kaum nach außen, Sterne darin bleiben unsichtbar. Infrarotlicht hat eine längere Wellenlänge und wird von den kleinen Staubkörnern weniger behindert. Die NASA formuliert es so, dass längere Infrarotwellen leichter am Staub vorbeischlüpfen. Deshalb können Infrarotteleskope Objekte beobachten, die im Inneren staubiger Wolken leuchten – etwa Sterne, die gerade erst entstehen.

Der Staub verschwindet dabei aber nicht einfach. Er absorbiert ultraviolettes und sichtbares Licht und gibt die Energie als Infrarotstrahlung wieder ab. Objekte mit Temperaturen ähnlich wie auf der Erde strahlen laut ESA am stärksten im mittleren Infrarot, und Staub in Sternentstehungsgebieten ist ungefähr so warm. Daraus ergibt sich eine Arbeitsteilung: Im nahen Infrarot blickt Webb durch einen Teil des Staubs hindurch, im mittleren Infrarot zeigt es das Leuchten des Staubs selbst.

Webb im nahen Infrarot: Die Säule wird durchsichtig

Für die Aufnahme mit der Nahinfrarotkamera NIRCam hat Webb laut NASA am 27. Mai 2026 Licht zwischen 0,9 und 4,7 Mikrometern durch sechs Filter gesammelt, darunter Filter für die Linien von Wasserstoff (Paschen-alpha) und molekularem Wasserstoff sowie für die Emission polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK). Im Ergebnis wird die Säule orange-braun und deutlich durchscheinender, ihre Oberflächenstruktur tritt hervor. Das helle Nebelleuchten aus dem Hubble-Bild ist dagegen viel schwächer.

Stattdessen erscheint ein dichtes Feld blauer und gelber Sterne, von denen einige auch im Infraroten noch teilweise in Staub gehüllt sind. Durch die Lücken schimmern sogar schwache Hintergrundgalaxien. Links der Katze werden geisterhafte Schleier aus Gas und Staub sichtbar, die der Strahlung der massereichen Sterne ausgesetzt sind. Das Auge leuchtet gelb und ist hier noch auffälliger. Nahe dem „Bauch“ der Katze zeigt sich eine schwache, jetartige Struktur. Sie könnte von einem Materieausstrom eines jungen Sterns stammen, ihr Ursprung ist laut ESA aber unklar.

Webb-Aufnahme des Katzenkopfnebels im nahen Infrarot: dieselbe Staubsäule orange-braun und halbtransparent, mit gelbem Fleck oben, vor einem dichten Feld blauer und gelber Sterne

Bild: Derselbe Ausschnitt im nahen Infrarot, aufgenommen mit Webbs Kamera NIRCam. Die Säule wird durchscheinend, dahinter erscheinen zahlreiche Sterne. NASA, ESA, CSA, STScI, Bildbearbeitung: J. DePasquale (STScI), CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

Webb im mittleren Infrarot: Der warme Staub leuchtet

Das dritte Bild stammt vom Instrument MIRI, das bei 7,7, 11 und 15 Mikrometern beobachtet hat. Europa hat die Hälfte dieses Instruments beigesteuert. Hier leuchten warmer Staub und kohlenstoffhaltige Moleküle, die vom Sternlicht angeregt werden. Die Säule erscheint bläulich-grau bis grünlich vor rötlichen Wolken, links von ihr treten feine Kügelchen und Fäden besonders deutlich hervor. Die Unterschiede in Farbe und Helligkeit spiegeln nach ESA-Angaben wechselnde Bedingungen und Zusammensetzungen wider und nicht allein die Temperatur.

Rechts neben der Säule fällt eine helle gelbe Quelle auf, wahrscheinlich ein sehr junger Stern, der noch im Staub steckt. Ein schmaler Faden scheint sie zu kreuzen. Ob beide physikalisch zusammenhängen, lässt sich aus dem Bild allein nicht ablesen, betonen die Agenturen.

Einordnung: Bilder, keine neue Studie

Die Veröffentlichung ist in erster Linie eine Bildmitteilung, eine begleitende Fachstudie nennen NASA und ESA nicht. Entsprechend vorsichtig sind die Deutungen formuliert: Das Auge „könnte“ einen jungen Stern enthalten, der Jet ist ein „möglicher“ Ausstrom. Ihren Wert hat die Gegenüberstellung trotzdem. Hubble zeigt, wo Strahlung auf Gas trifft und es zum Leuchten bringt. Webb zeigt, was der Staub verbirgt – und im mittleren Infrarot, wie der Staub selbst verteilt ist. Wer die Aufnahmen direkt vergleichen will, findet auf den Seiten von ESA/Webb und ESA/Hubble Schieberegler, mit denen sich zwischen den Ansichten hin- und herblenden lässt.

Quellen

Bildnachweis