Einstein Online - Technicolor im All: So entstehen spektakuläre Weltraumbilder

Von knallbunten Weltraumbildern lassen wir uns immer wieder faszinieren. Aber sehen sterbende Sterne oder ferne Galaxien wirklich so aus? Weil der Grossteil des Alls für unsere Augen unsichtbar ist, müssen Experten einige Tricks anwenden, um das, was die Teleskope sehen, für uns sichtbar zu machen.

Bunt sieht es nicht aus, wenn wir durch ein Teleskop tief ins All schauen. Eher grau-schwarz, vielleicht mit einer Ahnung von Farbe. Unsere Augen sind für die farbenprächtige Erde zwar wunderbar geeignet, aber fürs All? Ziemlich ungenügend.

Vom Universum sehen wir Menschen nur einen klitzekleinen Teil: das sichtbare Licht, zusammengesetzt aus den Farben des Regenbogens. Doch der überwiegende Teil der Objekte im Kosmos strahlen ausserhalb dieses Bereichs, mit Röntgen- oder Infrarotstrahlung zum Beispiel, oder mit Radiowellen (siehe Video). So bräuchten wir für interstellare Gaswolken ein «Auge» fürs Infrarote. Und für Jahrmillionen Lichtjahre entfernte Galaxien müssten wir Radiowellen erkennen können. Weil wir diese Bereiche aber nicht wahrnehmen, fangen Teleskope sie für uns ein – im Weltall oder auf der Erde.

So entstehen die bunten Bilder

Das Weltraumteleskop Hubble ist gleich dreifach begabt. Es scannt das All im sichtbaren Licht und registriert dazu noch ultraviolette und infrarote Strahlung. Es gilt zwar als beste Digitalkamera, macht allerdings keine Farbaufnahmen. Mit speziellen Detektoren misst Hubble die einfallende Strahlung von Objekten wie Sternen, Nebeln oder Galaxien. Die Wellenlänge jeder Strahlung wird mit einem speziellen Filter aufgenommen und in Grautönen wiedergegeben.

Die Forscher übersetzen diese Schwarz-weiss-Bilder dann in Farbe. Oft können wir erst dadurch sehen, was Hubble sieht. Wie beispielsweise beim berühmten Bild des Eskimo-Nebels.

Eine Farbexplosion:

Der Eskimo-Nebel entstand aus den Überbleibseln eines sterbenden, sonnenähnlichen Sterns, rund 3000 Lichtjahre von uns entfernt. Die Farben dieses Bildes zeigen die glühenden Gase des Nebels. Was Hubble jedoch im All aufnahm, sah ganz anderes aus...

NASA, Andrew Fruchter and the ERO Team [Sylvia Baggett (STScI), Richard Hook (ST-ECF), Zoltan Levay (STScI)]

... nämlich grau. Auf diesem Bild ist das Gas Helium zu sehen, aus dem der zentrale Kern des Nebels besteht. Dass es sich um Helium handelt, wissen die Forscher durch den Filter, mit dem die Aufnahme gemacht wurde: Er liess nur die Lichtwellen durch, in denen Helium strahlt.

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

Dieses Bild entstand durch den Filter, der nur die Wellenlänge durchlässt, in der doppelt ionisierter Sauerstoff strahlt.

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

Hier ist der Wasserstoff im Eskimo-Nebel zu sehen.

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

Und hier ionisierter Stickstoff.

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

Damit wir die verschiedenen Gase gut unterscheiden können, haben die Forscher jedem Gas eine eigene Farbe zugeordnet. Durch diesen Trick zeigt das Bild zwar nicht mehr naturgetreu, was wir im All sehen würden – die Gase leuchten eigentlich alle einem anderen Rot-Ton ...

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

... Aber dafür entsteht die spektakuläre Aufnahme des Eskimo-Nebels, in der die Verteilung der Gase viel besser zu erkennen ist. Das Aufzeigen solcher Details ist auch für die Wissenschaftler wichtig.

NASA, A. Fruchter and the ERO Team [S. Baggett (STScI), R. Hook (ST-ECF), and Z. Levay (STScI)]

Gemeinsam sieht man mehr

Die Gase des Eskimo-Nebels leuchten alle im Bereich des sichtbaren Lichts. Die Forscher haben sie für uns nur noch sichtbarer gemacht. Für dieses Bild der Galaxie M101 hingegen kombinierten sie Aufnahmen von Röntgenstrahlen, Infrarotstrahlen und sichtbarem Licht:

So strahlt die Spiralgalaxie M 101 ...

wenn man Bilder von Hubble, dem Röntgen-Teleskop Chandra und dem Infrarot-Teleskop Spitzer übereinander legt. Jeder Bereich aus dem Strahlenspektrum zeigt andere Aspekte der Galaxie. Auch hier wurde den Ursprungsbildern eine Farbe zugewiesen.

NASA, ESA, CXC, SSC, and STScI

Rot für die Infrarotstrahlung:

Die Infrarot-Aufnahme des Satellitenteleskops Spitzer zeigt die Hitze, die von Staubbahnen in der Galerie ausgestrahlt wird. Dort können sich neue Sterne formen.

NASA, Jet Propulsion Lab/Caltech, and K. Gordon (STScI)

Gelb für das sichtbare Licht:

Diese Aufnahme stammt von Hubble. Das meiste Licht kommt von Sternen in der Galaxie M101.

NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mould (NOAO), Y.-H. Chu (University of Illinois, Urbana), and STScI

Blau für die Röntgenstrahlen:

Es zeigt, was das Weltraumteleskop Chandra von der Galaxie eingefangen hat: Millionen Grad heisses Gas, explodierende Sterne und kollidierendes Material rund um ein schwarzes Loch.

Blau eingefärbtes Bild der Chandra-Aufnahme.

Zum Schluss wurden die drei Aufnahmen kombiniert:

Auf solchen zusammengesetzten Bildern können die Astronomen beispielsweise Erkenntnisse aus dem Infrarotbereich mit jenen aus dem Röntgenbereich abgleichen. Für Laien sieht es einfach schön aus.

NASA, ESA, CXC, SSC, and STScI

Radioteleskope zeigen kalte Objekte

Alma, das grösste Radioteleskop auf der Erde, sieht Dinge, die Hubble, Chandra oder Spitzer nicht sehen können: kalte Objekte, die im Bereich der Radiowellen strahlen oder reflektieren. Alma kann durch Staub hindurch auf die dahinter liegenden Sterne sehen, die gerade geboren werden. Oder Moleküle entdecken, die in den heissen Bereichen des Weltalls, die Hubble erkundet, längst zerfallen sind.

Auch hier gilt: Legt man die Bilder der beiden Teleskope übereinander, entstehen noch umfassendere Erkenntnisse über das Universum. Zum Beispiel über die Antennengalaxien. Sie führen seit hundert Millionen Jahren einen Tanz miteinander auf – 70 Millionen Lichtjahre entfernt von uns.

So sieht Alma das Chaos der Antennen-Galaxien:

Das Bild wurde 2011 aufgenommen, als noch nicht alle 66 Teleskope des gigantischen Observatoriums im Einsatz waren. Trotzdem zeigt es Dinge, die uns Hubble nicht zeigen konnte: die Wolken aus dichtem kaltem Gas, in denen neue Sterne entstehen.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Und das sah Hubble:

Hubble rühmt sich, die beste Aufnahme der Antennen-Galaxien gemacht zu haben – hier wurde im sichtbaren und im Infrarot-Bereich fotografiert. Gaswolken werden in Pink und Rot dargestellt, in den blauen Regionen entstehen Sterne, die dunklen Stellen sind Staub.

Hubble/European Space Agency

Hier wurden die Aufnahmen kombiniert:

So scharf und detailreich konnten die beiden Galaxien nie zuvor beobachtet werden. Das sichtbare Licht ist blau dargestellt – es zeigt Orte, an denen bereits neue Sterne entstanden. Die Alma-Aufnahmen sind rot, pink und gelb und zeigen die kühlen Gaswolken, in denen sich noch neue Sterne bilden.

ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope

Gravitationswellen, unsere «Ohren» im All

Seit kurzem können Forscher neben den Lichtwellen noch eine Quelle nutzen, um an Informationen über den Kosmos zu gelangen: die Gravitationswellen. «Wir haben ein neues Sinnesorgan fürs Universum» hiess es denn auch, als Forscher am 11. Februar 2016 verkündeten, erstmals die schon von Einstein vorhergesagten Wellen nachgewiesen zu haben.

Gravitationswellen sind wie ein Zittern im Gewebe der Raumzeit. Sie können Details über kosmische Ereignisse verraten, die wir mit Teleskopen wie Hubble oder Alma nicht wahrnehmen konnten – sich verschlingende schwarze Löcher zum Beispiel oder verschmelzende Neutronensterne.

Gravitationswellen können nicht direkt sichtbar gemacht werden. Aber die Wellen, die nun gemessen wurden, kann man hören! Sie befinden sich nämlich zufällig in einem Frequenzbereich, den auch das menschliche Ohr wahrnehmen kann. Natürlich haben die Forscher ein wenig frisiert, um den Ton besser und klarer zu machen. Aber in etwa hören sich Gravitationswellen so an wie in der Aufnahme links.