Das James-Webb-Weltraumteleskop beleuchtet die Entwicklung von Galaxien und schwarze Löcher

Stephans Quintett, eine visuelle Gruppierung von fünf Galaxien, ist am besten dafür bekannt, dass es in dem Weihnachtsklassiker „It’s a Wonderful Life“ eine prominente Rolle spielt. Heute enthüllt das James Webb Space Telescope der NASA Stephans Quintett in einem neuen Licht. Dieses riesige Mosaik ist das bisher größte Bild von Webb und bedeckt etwa ein Fünftel des Monddurchmessers. Es enthält über 150 Millionen Pixel und besteht aus fast 1.000 separaten Bilddateien. Die Informationen von Webb liefern neue Erkenntnisse darüber, wie galaktische Wechselwirkungen die Galaxienentwicklung im frühen Universum vorangetrieben haben könnten.

Mit seiner starken Infrarotsicht und extrem hohen räumlichen Auflösung zeigt Webb nie zuvor gesehene Details in dieser Galaxiengruppe. Funkelnde Ansammlungen von Millionen junger Sterne und Starburst-Regionen frischer Sterngeburten zieren das Bild. Aus mehreren Galaxien werden aufgrund von Gravitationswechselwirkungen weitläufige Schweife aus Gas, Staub und Sternen gezogen. Am dramatischsten fängt Webb riesige Schockwellen ein, als eine der Galaxien, NGC 7318B, durch den Haufen bricht.

Zusammen sind die fünf Galaxien von Stephans Quintett auch als Hickson Compact Group 92 (HCG 92) bekannt. Obwohl sie als „Quintett“ bezeichnet werden, sind nur vier der Galaxien wirklich nahe beieinander und in einen kosmischen Tanz verwickelt. Die fünfte und ganz linke Galaxie namens NGC 7320 steht im Vergleich zu den anderen vier deutlich im Vordergrund. NGC 7320 befindet sich 40 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, während die anderen vier Galaxien (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B und NGC 7319) etwa 290 Millionen Lichtjahre entfernt sind. Kosmisch gesehen ist das immer noch ziemlich nah, verglichen mit weiter entfernten Galaxien, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind. Die Untersuchung solch relativ naher Galaxien wie dieser hilft Wissenschaftlern dabei, Strukturen besser zu verstehen, die in einem viel weiter entfernten Universum zu sehen sind.

Diese Nähe bietet Astronomen einen Platz am Ring, um die Verschmelzung und Wechselwirkungen zwischen Galaxien zu beobachten, die für die gesamte Galaxienentwicklung so entscheidend sind. Selten sehen Wissenschaftler so detailliert, wie interagierende Galaxien die Sternentstehung ineinander auslösen und wie das Gas in diesen Galaxien gestört wird. Stephans Quintett ist ein fantastisches „Labor“ zum Studium dieser Prozesse, die für alle Galaxien von grundlegender Bedeutung sind.

Enge Gruppen wie diese könnten im frühen Universum häufiger gewesen sein, als ihr überhitztes, einfallendes Material sehr energiereiche Schwarze Löcher, sogenannte Quasare, angeheizt haben könnte. Noch heute beherbergt die oberste Galaxie der Gruppe – NGC 7319 – einen aktiven galaktischen Kern, ein supermassereiches Schwarzes Loch mit 24 Millionen Sonnenmassen. Es zieht aktiv Material ein und gibt Lichtenergie ab, die 40 Milliarden Sonnen entspricht.

Webb untersuchte den aktiven galaktischen Kern sehr detailliert mit dem Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) und dem Mid-Infrared Instrument (MIRI). Die integralen Feldeinheiten (IFUs) dieser Instrumente – die eine Kombination aus einer Kamera und einem Spektrographen sind – lieferten dem Webb-Team einen „Datenwürfel“ oder eine Sammlung von Bildern der spektralen Merkmale des galaktischen Kerns.

Ähnlich wie bei der medizinischen Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglichen die IFUs den Wissenschaftlern, die Informationen für eine detaillierte Untersuchung in viele Bilder zu zerlegen. Webb bohrte sich durch die Staubhülle, die den Kern umgibt, um heißes Gas in der Nähe des aktiven Schwarzen Lochs freizulegen und die Geschwindigkeit heller Ausströmungen zu messen. Das Teleskop sah diese vom Schwarzen Loch angetriebenen Ausflüsse in einer nie zuvor gesehenen Detailgenauigkeit.

In NGC 7320, der linken und nächsten Galaxie in der visuellen Gruppierung, konnte Webb einzelne Sterne und sogar den hellen Kern der Galaxie auflösen.

Als Bonus enthüllte Webb ein riesiges Meer aus Tausenden entfernter Hintergrundgalaxien, die an Hubbles Deep Fields erinnern.

In Kombination mit dem detailliertesten Infrarotbild aller Zeiten von Stephans Quintett von MIRI und der Nahinfrarotkamera (NIRCam) werden die Daten von Webb eine Fülle wertvoller, neuer Informationen liefern. Zum Beispiel wird es Wissenschaftlern helfen, die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der sich supermassereiche Schwarze Löcher ernähren und wachsen. Webb sieht auch Sternentstehungsgebiete viel direkter und kann die Emissionen des Staubs untersuchen – eine Detailgenauigkeit, die bisher nicht erreicht werden konnte.

Im Sternbild Pegasus gelegen, wurde Stephans Quintett 1877 vom französischen Astronomen Édouard Stephan entdeckt.