Die NASA hat am Dienstag Vollfarbbilder des 11 Milliarden Dollar teuren James Webb Space Telescope (JWST) enthüllt und damit die erste von sicher vielen Veröffentlichungen des superstarken optischen Instruments markiert. Aber auch für sich genommen markieren diese fünf Bilder eine enorme Leistung und den Höhepunkt eines 26 Jahre dauernden Prozesses, um der Menschheit einen noch detaillierteren Einblick in das frühe Universum zu geben.
Die heutige Bildenthüllung folgte der ersten Bildveröffentlichung von Präsident Joe Biden am Montag. Diese Aufnahme mit dem Namen „Webb’s First Deep Field“ zeigte den Haufen SMACS 0723, einen gewaltigen Galaxienwirbel, der in Wirklichkeit nur einen Ausschnitt des Universums von der Größe „eines Sandkorns auf der Fingerspitze auf Armeslänge darstellt, “, wie NASA-Administrator Bill Nelson es im Livestream formulierte.
Zu den heutigen Enthüllungen gehören ein Galaxienhaufen und ein Schwarzes Loch; die Atmosphäre eines fernen Planeten; die epische Totenglocke eines fernen Sterns; und eine „stellare Kinderstube“, in der Sterne geboren werden. Dank des Vorgängers von JWST, dem Hubble-Weltraumteleskop, haben wir uns einige dieser Ziele schon einmal angesehen, und alle waren den Astronomen bekannt. Aber aufgrund der beispiellosen Empfindlichkeit der JWST-Instrumente und ihrer Fähigkeit, Objekte im Infrarotspektrum zu sehen, können wir diese galaktischen Formen mit mehr Klarheit als je zuvor sehen.
„Oh mein Gott, es funktioniert“, sagte Jane Rigby, Betriebsprojektwissenschaftlerin von Webb, als sie die ersten scharfen Bilder vom Observatorium sah. „Und es funktioniert besser, als wir dachten.“
Anzeichen von Wasser und Wolken auf einem aufgeblähten Exoplaneten
Bildnachweis: NASA
Allein in der Milchstraße gibt es über 5.000 bestätigte Exoplaneten – oder Planeten, die einen anderen Stern als unsere Sonne umkreisen. Die Existenz von Exoplaneten wirft eine grundlegende Frage auf: Sind wir allein im Universum? Das ausdrückliche Ziel des Exoplaneten-Programms der NASA ist es tatsächlich, Lebenszeichen im Universum zu finden; Dank JWST können Wissenschaftler jetzt mehr Informationen über diese Planetenkörper sammeln und hoffentlich mehr darüber erfahren, ob Leben auf diesen Planeten existiert und wenn ja, unter welchen Bedingungen es gedeihen kann.
Das bringt uns zu WASP-96 b, einem Exoplaneten, der etwa 1.150 Lichtjahre entfernt liegt. Es ist ein großer Gasriese, der mehr als doppelt so wenig Masse wie Jupiter hat, aber einen 1,2-mal größeren Durchmesser hat. Mit anderen Worten, es ist „geschwollen“, wie die NASA es ausdrückte. Es hat auch eine kurze Umlaufzeit um seinen Stern und ist relativ unversehrt durch Licht, das von nahe gelegenen Objekten ausgestrahlt wird, was es zu einem Hauptziel für die optische Leistung von JWST macht.
Aber das ist kein Bild der Atmosphäre eines Exoplaneten. Es ist ein Bild des Transmissionsspektrums des Exoplaneten, das auf den ersten Blick vielleicht weniger aufregend ist. Dieses Spektrum, das mit dem Nahinfrarot-Imager und dem spaltlosen Spektrographen (NIRISS) des Teleskops aufgenommen wurde, zeigte jedoch eindeutige Anzeichen von Wasser und sogar Anzeichen von Wolken. Wolken! Es ist eine „indirekte Methode“ zur Untersuchung von Exoplaneten, erklärte James Webbs stellvertretende Projektwissenschaftlerin Knicole Colón in einer Pressekonferenz, aber das Teleskop wird im nächsten Jahr auch direkte Beobachtungsmethoden verwenden.
NIRISS kann auch Hinweise auf andere Moleküle wie Methan und Kohlendioxid erfassen. Während diese in WASP-96 b nicht beobachtet wurden, könnten sie in anderen Exoplaneten nachweisbar sein, die JWST beobachtet.
Hüllen aus Gas und Staub, die von sterbenden Sternen ausgestoßen werden
Bildnachweis: NASA
JWST hat sich auch einen planetarischen Nebel angesehen, der offiziell NGC 3132 oder „südlicher Ringnebel“ genannt wird und Wissenschaftlern mehr Hinweise auf das Schicksal von Sternen am Ende ihres Lebenszyklus liefert. Die NASA zeigte zwei nebeneinander liegende Bilder dieses Nebels, eines im nahen Infrarotlicht (links) mit der NIRCam des Teleskops und ein zweites Bild, das mit dem Mittelinfrarot-Instrument von JWST (rechts) aufgenommen wurde.
Ein planetarischer Nebel ist ein Gebiet aus kosmischem Staub und Gas, das von sterbenden Sternen erzeugt wird. Dieses etwa 2.500 Lichtjahre entfernte Exemplar wurde ebenfalls vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen, aber die NASA sagt, dass dieses aktualisierte Bild von JWST mehr Details der eleganten Strukturen bietet, die das Doppelsternsystem umgeben.
Von den beiden Sternen (am besten im rechten Bild zu sehen) befindet sich ein schwächerer, sterbender Stern unten links und ein hellerer Stern, der sich in einem früheren Lebensstadium befindet. Die Bilder zeigen auch, was die NASA „Muscheln“ nennt, die die Sterne umgeben, von denen jede einen Zeitraum markiert, in dem der schwächer werdende, sterbende Stern (der Weiße Zwerg unten links im rechten Bild) einen Teil seiner Masse verlor. Es stößt dieses Material seit Tausenden von Jahren aus, und die NASA sagte, seine dreidimensionale Form ähnelt eher zwei Schalen, die an ihrem Boden zusammengefügt sind und sich voneinander weg öffnen.
Der kosmische Tanz von Stephans Quintett
Bildnachweis: NASA
Stephans Quintett, das erstmals 1877 vom französischen Astronomen Édouard Stephan beobachtet wurde, zeigt die seltsame Wechselwirkung von fünf Galaxien mit einem Detailgrad, der noch nie zuvor gesehen wurde. Dieses endgültige Bild besteht aus fast 1.000 Einzelbildern und 150 Millionen Pixeln und ist das bisher größte Bild von JWST, das etwa ein Fünftel des Monddurchmessers darstellt.
Das Bild ist leicht irreführend; die Galaxie ganz links ist eigentlich weit im Vordergrund, etwa 40 Millionen Lichtjahre von uns entfernt, während die restlichen vier Galaxiensysteme etwa 290 Millionen Lichtjahre entfernt sind. Diese vier Galaxien sind relativ gesehen so dicht beieinander, dass sie tatsächlich miteinander interagieren.
Das Bild zeigt sogar ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der obersten Galaxie, das etwa 24 Millionen Sonnenmassen hat.
Ich denke, dieser hier könnte tatsächlich nur der Himmel sein
Bildnachweis: NASA
JWST gibt uns auch einen tieferen Einblick in den Carina-Nebel, eine Region der Milchstraße, die etwa 7.600 Lichtjahre entfernt ist. Während wir uns Carina mit Hubble angesehen haben, zeigt das neue Bild dank der Fähigkeit von JWST, kosmischen Staub zu durchdringen, Hunderte neuer Sterne. Der Carina-Nebel zeigt, dass die Geburt von Sternen keine friedliche, friedliche Angelegenheit ist, sondern eine, die durch höchst instabile Prozesse gekennzeichnet ist, die in gewisser Weise ebenso destruktiv wie generativ sein können.
Die bernsteinfarbene Landschaft, die über den unteren Rand des Bildes fließt, markiert den Rand der massiven, chaotischen Sternentstehungsregion des Nebels – so massiv, dass die höchsten Punkte in diesem bernsteinfarbenen Band, das die NASA „Kosmische Klippen“ nennt, bei etwa sieben liegen Lichtjahre hoch. Daten von JWST werden Wissenschaftlern mehr Informationen über den Sternentstehungsprozess geben und können dabei helfen, herauszufinden, warum sich eine bestimmte Anzahl von Sternen in bestimmten Regionen bildet und wie Sterne zu ihrer Masse kommen.
Letztendlich sind diese Errungenschaften nur der Anfang. Wissenschaftler haben immer noch viele Fragen – über Exoplaneten, die Entstehung des Universums und mehr – und jetzt haben sie ein neues mächtiges Werkzeug in ihrem Arsenal, um Antworten zu finden.