In die Sterne blicken ist menschlich. Sie dreidimensional im Detail sehen zu können, ist beinahe göttlich.
Göttliche Visionen hat das James-Webb-Weltraumteleskop erdgebundenen Wissenschaftlern in einem neuen, detaillierten Nahinfrarotbild von Cassiopeia A (Cas A), einem Sternüberrest, gewährt – den Wolken aus Gas, Staub und anderem Material, die zurückbleiben, wenn ein Stern stirbt. Danny Milisavljevic, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie am College of Science der Purdue University, untersucht Supernova-Überreste und leitet ein einjähriges Forschungsteam am JWST, das Cas A untersucht.
„Ich habe 17 Jahre damit verbracht, Sterne und ihre titanischen Explosionen zu studieren. Ich habe Dutzende von Teleskopen – sowohl boden- als auch weltraumgestützte – verwendet, die das elektromagnetische Spektrum von Gammastrahlen bis zu Radiowellenlängen abdecken“, sagte Milisavljevic. „Und dennoch war ich immer noch unvorbereitet auf die Daten, die Webb bereitgestellt hat. Ich bin beeindruckt von ihrer Qualität und Schönheit.“
Cassiopeia A ist der jüngste bekannte Überrest eines explodierenden, massereichen Sterns in unserer Galaxie, was es zu einer einzigartigen Gelegenheit macht, mehr darüber zu erfahren, wie solche Supernovae entstehen. Das Licht seiner Explosion erreichte die Erde erstmals vor 340 Jahren.
„Cas A stellt unsere beste Gelegenheit dar, das Trümmerfeld eines explodierten Sterns zu betrachten und eine Art Sternautopsie durchzuführen, um zu verstehen, welche Art von Stern vorher dort war und wie dieser Stern explodierte“, sagte Milisavljevic.
Supernovae wie diejenige, die Cas A gebildet hat, sind lebenswichtig. Sterne erzeugen eine Vielzahl von Elementen, und nachfolgende Supernovae erzeugen zusätzliche Elemente – alles vom Kalzium in unseren Knochen bis zum Eisen in unserem Blut – und verteilen sie über den interstellaren Raum, wodurch neue Generationen von Sternen und Planeten entstehen.
„Indem wir den Prozess explodierender Sterne verstehen, lesen wir unsere eigene Entstehungsgeschichte“, sagte Milisavljevic.
Mit neuen Augen schauen
Der Überrest befindet sich etwa 11.000 Lichtjahre entfernt in dem Abschnitt des Himmels, der dem Sternbild Kassiopeia zugeordnet wird. Als Anordnung von fünf hellen Sternen in einem „W“ ist Cas A für das menschliche Auge von der Erde aus unsichtbar, nimmt aber den Raum ein, der rechts vom letzten Strich des W zu liegen scheint.
Seit Jahrzehnten untersuchen Wissenschaftler Cas A. Die Untersuchung der Struktur mit verschiedenen Wellenlängen gibt Astronomen neue Einblicke in die Anatomie von Sternen, genauso wie Infrarotkameras Menschen andere Informationen liefern als Kameras, die nur im sichtbaren Lichtspektrum sehen.
Das neue Bild, das von JWSTs goldener Wabe aus 18 Spiegeln gesammelt wurde, zeigt unglaubliche Details. Darin wurde Licht aus dem mittleren Infrarot in sichtbares Licht übersetzt, was es Wissenschaftlern ermöglicht, Details und Strukturen zu analysieren. Große Stoffvorhänge, rot und orange schattiert, stellen dar, wo die Materie des Sterns auf zirkumstellares Gas und Staub trifft. Zwischen diesen rosigen Schwaden zeigen rosa Ausbrüche, wo die zusammengesetzten Elemente des Sterns, einschließlich Sauerstoff, Argon und Neon, leuchten.
Für die Forscher ist eines der rätselhaftesten Elemente des Bildes die große grüne Schleife auf der rechten Seite des Bildes.
„Wir haben es zu Ehren des Fenway Park in Boston das Grüne Monster genannt“, sagte Milisavljevic. „Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass es mit kleinen Blasen übersät ist. Die Form und Komplexität sind unerwartet und schwer zu verstehen.“
Bilder mit höherer Auflösung, in mehr Wellenlängen, insbesondere im Infrarotbereich, geben Astronomen einen klareren Einblick in die Feinheiten der Struktur. Wie beim Aufnehmen eines Fernglases, um die Farben und Muster auf dem Flügel eines Vogels aufzulösen, je mehr Details Wissenschaftler haben, desto mehr Informationen können sie ableiten und analysieren.
„Im Vergleich zu früheren Infrarotbildern sehen wir unglaubliche Details, auf die wir vorher nicht zugreifen konnten“, sagte Tea Temim, eine Mitforscherin des Programms von der Princeton University.
Staub zu Staub
Entgegen der Intuition mag einige der aufregendsten Dinge auf dem Bild am prosaischsten erscheinen: Staub. Während die Substanz Haushälterinnen irritiert, ist sie für Astronomen faszinierend.
Selbst sehr junge Galaxien im frühen Universum werden von gewaltigen Staubmengen durchzogen. Es ist schwierig, die Ursprünge dieses Staubs zu erklären, ohne Supernovae zu nennen, die große Mengen schwerer Elemente – der Staubbausteine – durch den Weltraum schleudern.
Aber Supernovae können auch Staub zerstören, und es ist unklar, wie viel davon die Reise in den interstellaren Raum überlebt. Durch die Untersuchung von Cas A mit JWST erhoffen sich Astronomen ein besseres Verständnis seines Staubgehalts, was dazu beitragen kann, unser Verständnis darüber zu erweitern, wo die Bausteine von Planeten – und von uns selbst – entstehen.
„In Cas A können wir Regionen mit unterschiedlichen Gaszusammensetzungen räumlich auflösen und untersuchen, welche Arten von Staub sich in diesen Regionen gebildet haben“, sagte Temim.
Carl Sagan versicherte der Menschheit bekanntermaßen, dass wir aus „Star-Zeug“ gemacht seien. Das Team von Milisavljevic und die Beobachtungen von JWST helfen Wissenschaftlern, diesen Prozess zu verstehen.
„Webb ist eine unglaubliche Leistung“, sagte Milisavljevic. „Ich fühle mich glücklich, zu den ersten Wissenschaftlern zu gehören, die ihre konkurrenzlose Kraft zur Erforschung des Universums testen. Ich werde den Rest meiner Karriere damit verbringen, zu versuchen, zu verstehen, was in diesem Datensatz steckt.“