Etwa 650 Lichtjahre von uns entfernt haben Astronomen 22 sehr schwache Bögen rund um den Helixnebel entdeckt. Diese Formen verraten Fragmente stellaren Materials, die gerade im umgebenden Weltraum verschwinden. Ihr Erscheinungsbild ermöglicht es sogar, abzuschätzen, wie lange diese bisher nur schwer direkt beobachtbare Phase dauert.
Der Helixnebel stammt von einem Stern, der das Ende seines Lebens erreicht hat und dessen allgemeine Entwicklung mit der der Sonne vergleichbar ist. Er hat einen großen Teil seiner äußeren Schichten abgestoßen und im Zentrum einen kleinen, sehr heißen Kern zurückgelassen: einen Weißen Zwerg. Das ausgestoßene Gas bildet das, was Astronomen einen planetarischen Nebel nennen – ohne Zusammenhang mit einem Planeten.
MOTHRA-Hα-Aufnahme des Helixnebels.
Die neuen Bögen wurden mit MOTHRA in Chile entdeckt. Das Instrument beobachtet unter anderem das von Wasserstoff ausgesandte Licht. Im östlichen Teil des Nebels identifizierten die Forschenden mindestens 22 vollständige oder teilweise Bögen. Die meisten waren noch nie beschrieben worden, weil dieses diffuse Material extrem schwach leuchtet.
Um ihren Ursprung zu verstehen, muss man die Bewegung des gesamten Systems betrachten. Der Weiße Zwerg bewegt sich mit etwa 36 km/s relativ zum Gas zwischen den Sternen. Die früher ausgestoßenen Schichten breiten sich laut der Studie weiterhin mit rund 20 km/s aus. Auf der Ostseite wird ihre Begegnung schnell genug, um Stoßwellen zu erzeugen.
Jedes dichte Fragment wirkt dabei wie ein Hindernis in einem Gasstrom. Vor ihm wird die Materie komprimiert und bildet einen Bogen, vergleichbar mit der gekrümmten Welle vor einem Boot. Die Forschenden sehen im Zentrum dieser Bögen normalerweise kein leuchtendes Objekt. Das verantwortliche Fragment kann daher kalt, dunkel und direkt nur schwer nachweisbar bleiben.
Ein weiterer Hinweis zeigt sich mit zunehmender Entfernung vom Zentralstern. Die nahen Bögen sind groß, dünn und klar gezeichnet. Weiter außen werden sie klein, diffus und unregelmäßig. Der charakteristische Abstand zwischen dem vermuteten Fragment und der Stoßfront nimmt zwischen 0,4 und 1,4 Parsec vom Stern um etwa den Faktor 30 ab.
Diese Entwicklung entspricht Fragmenten, die allmählich ihre Materie verlieren. Das umgebende Gas bremst sie, trägt sie ab und vermischt ihre Überreste anschließend mit dem interstellaren Medium. Indem sie ihre Position als zeitliche Abfolge ihrer Reise nutzten, schätzen die Autoren die Dauer ihres Zerfalls auf etwa 10.000 Jahre. Diese Messung liefert einen direkten Anhaltspunkt für die Geschwindigkeit, mit der stellare Materie recycelt wird.
Dieses Recycling versorgt Galaxien mit Gas, Staub und Elementen, die im Laufe des Lebens der Sterne entstanden sind. Numerische Modelle müssen diese Vermischung häufig darstellen, ohne jedes Fragment einzeln verfolgen zu können. Die Beobachtungen des Helixnebels liefern nun eine gemessene Dauer für diesen Prozess. MOTHRA war zum Zeitpunkt der Beobachtungen noch teilweise im Aufbau, sodass mit dem fertiggestellten Instrument nach noch schwächeren Strukturen gesucht werden kann.