Es war einmal, als der Kern eines massereichen Sterns kollabierte und eine Schockwelle erzeugte, die nach außen schoss und den Stern dabei auseinander riss. Als die Stoßwelle die Oberfläche des Sterns erreichte, drang sie durch und erzeugte einen kurzen, intensiven Puls aus Röntgenstrahlen und ultraviolettem Licht, der sich nach außen in den umgebenden Weltraum ausbreitete. Etwa 350 Jahre später hat dieser Lichtimpuls interstellares Material erreicht, es beleuchtet, erwärmt und im Infrarotlicht zum Leuchten gebracht.
Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat dieses Infrarotlicht beobachtet und dabei feine Details sichtbar gemacht, die den Ästen und Wirbeln der Holzmaserung ähneln. Diese Beobachtungen ermöglichen es Astronomen erstmals, die wahre 3D-Struktur dieses interstellaren Staubs und Gases (bekannt als interstellares Medium) zu kartieren.
„Wir waren ziemlich schockiert, diesen Detaillierungsgrad zu sehen“, sagte Jacob Jencson vom Caltech/IPAC in Pasadena, Hauptforscher des Wissenschaftsprogramms.
„Wir sehen Schichten wie eine Zwiebel“, fügte Josh Peek vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, ein Mitglied des Wissenschaftsteams, hinzu. „Wir glauben, dass jede dichte, staubige Region, die wir sehen, und die meisten, die wir nicht sehen, von innen so aussieht. Wir waren einfach noch nie zuvor in der Lage, in ihr Inneres zu schauen.“
Das Team stellt seine Ergebnisse in einer Pressekonferenz im vor 245. Treffen der American Astronomical Society in Washington.
„Selbst wenn ein Stern stirbt, bleibt sein Licht bestehen – es hallt durch den Kosmos. Es sind außergewöhnliche drei Jahre vergangen, seit wir das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA ins Leben gerufen haben. Jedes Bild, jede Entdeckung zeigt nicht nur ein Porträt der Majestät des Universums, sondern auch des Universums.“ Die Stärke des NASA-Teams und das Versprechen internationaler Partnerschaften. Diese bahnbrechende Mission, die größte internationale Weltraumforschungskooperation der NASA, ist ein echter Beweis für den Einfallsreichtum, die Teamarbeit und das Streben der NASA „Exzellenz“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson.
„Was für ein Privileg es war, diese monumentale Anstrengung zu beaufsichtigen, die durch den unermüdlichen Einsatz Tausender Wissenschaftler und Ingenieure auf der ganzen Welt geprägt ist. Dieses neueste Bild fängt das bleibende Erbe von Webb wunderbar ein – ein Schlüsselloch in die Vergangenheit und eine Mission, die inspirieren wird.“ kommende Generationen.“
Lichtechos in der Nähe von Cassiopeia A (NIRCam) Dieses Zeitraffervideo mit Daten des James Webb-Weltraumteleskops der NASA zeigt die Entwicklung eines Lichtechos in der Nähe des Supernova-Überrests Cassiopeia A. Ein Lichtecho entsteht, wenn ein Stern explodiert oder ausbricht. Blitzlicht strahlt in die umliegenden interstellaren Staubklumpen und lässt sie in einem immer größer werdenden Muster leuchten. Webbs hervorragende Auflösung zeigt nicht nur unglaubliche Details innerhalb dieser Lichtechos, sondern zeigt auch deren Ausbreitung im Laufe von nur wenigen Wochen – eine bemerkenswert kurze Zeitspanne, wenn man bedenkt, dass die meisten kosmischen Ziele im Laufe eines Menschenlebens unverändert bleiben. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Jencson (Caltech/IPAC)
Einen CT-Scan machen
Die Bilder von Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) verdeutlichen ein Phänomen, das als Lichtecho bekannt ist. Wenn ein Stern explodiert oder ausbricht, entsteht ein Lichtecho, das Licht in die umliegenden Staubklumpen wirft und diese in einem immer größer werdenden Muster leuchten lässt. Lichtechos bei sichtbaren Wellenlängen (wie sie etwa um den Stern V838 Monocerotis beobachtet werden) sind auf Licht zurückzuführen, das von interstellarem Material reflektiert wird. Im Gegensatz dazu entstehen Lichtechos im infraroten Wellenlängenbereich, wenn der Staub durch energiereiche Strahlung erwärmt wird und dann leuchtet.
Die Forscher zielten auf ein Lichtecho, das zuvor vom ausgemusterten Spitzer-Weltraumteleskop der NASA beobachtet worden war. Es ist eines von Dutzenden Lichtechos, die in der Nähe des Supernova-Überrests Cassiopeia A gesehen wurden – den Überresten des Sterns, der explodierte. Das Lichtecho stammt von nicht verwandtem Material, das sich hinter Cassiopeia A befindet, und nicht von Material, das bei der Explosion des Sterns ausgestoßen wurde.
Die offensichtlichsten Merkmale in den Webb-Bildern sind dicht gepackte Blätter. Diese Filamente zeigen Strukturen auf bemerkenswert kleinen Maßstäben von etwa 400 astronomischen Einheiten oder weniger als einem Hundertstel Lichtjahr. (Eine astronomische Einheit oder AE ist der durchschnittliche Abstand Erde-Sonne. Die Umlaufbahn von Neptun hat einen Durchmesser von 60 AE.)
„Wir wussten nicht, dass das interstellare Medium Strukturen in so kleinem Maßstab aufweist, geschweige denn, dass es blattförmig ist“, sagte Peek.
Diese blattartigen Strukturen können durch interstellare Magnetfelder beeinflusst werden. Die Bilder zeigen auch dichte, eng gewundene Bereiche, die an Äste in der Holzmaserung erinnern. Dabei könnte es sich um magnetische „Inseln“ handeln, die in die stromlinienförmigeren Magnetfelder eingebettet sind, die das interstellare Medium durchziehen.
„Dies ist das astronomische Äquivalent eines medizinischen CT-Scans“, erklärte Armin Rest vom Space Telescope Science Institute, ein Mitglied des Wissenschaftsteams. „Wir haben drei Schnitte zu drei verschiedenen Zeitpunkten gemacht, die es uns ermöglichen werden, die wahre 3D-Struktur zu untersuchen. Es wird die Art und Weise, wie wir das interstellare Medium untersuchen, völlig verändern.“
Zukünftige Arbeit
Das wissenschaftliche Programm des Teams umfasst auch spektroskopische Beobachtungen mit Webbs MIRI (Mid-Infrared Instrument). Sie planen, das Lichtecho mehrmals im Abstand von Wochen oder Monaten anzuvisieren, um zu beobachten, wie es sich entwickelt, wenn das Lichtecho vorbeizieht.
„Wir können denselben Staubfleck vor, während und nach der Beleuchtung durch das Echo beobachten und versuchen, nach Veränderungen in der Zusammensetzung oder dem Zustand der Moleküle zu suchen, einschließlich der Frage, ob einige Moleküle oder sogar die kleinsten Staubkörner zerstört werden.“ sagte Jencson.
Auch Infrarot-Lichtechos sind äußerst selten, da sie eine bestimmte Art von Supernova-Explosion mit einem kurzen Impuls energiereicher Strahlung erfordern. Das kommende römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA wird eine Untersuchung der galaktischen Ebene durchführen und möglicherweise Hinweise auf zusätzliche Infrarotlichtechos finden, die Webb im Detail untersuchen kann.