Eine neue Schatzkammer an Webb-Bildern ist angekommen. Bilder im nahen und mittleren Infrarotbereich zeigen alle Facetten dieser frontal sichtbaren Spiralgalaxien.
Die Menschheit hat Jahrhunderte damit verbracht, die Merkmale der Erde zu kartieren – und wir wiederholen diesen Vorgang häufig, indem wir fortschrittlichere Instrumente verwenden. Wenn wir die Daten kombinieren, erhalten wir ein umfassenderes Verständnis unseres Planeten.
Schauen Sie nun nach außen in den Weltraum. Astronomen beobachten seit Jahrzehnten nahe gelegene Spiralgalaxien. Sowohl weltraum- als auch bodengestützte Teleskope haben zu einem Datencache in Wellenlängenbereichen vom Radio bis zum ultravioletten Licht beigetragen. Astronomen haben schon lange geplant, das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA zu nutzen, um die Bilder dieser Galaxien im Nahen und Mittleren Infrarot mit der höchsten Auflösung zu erhalten, die jemals von diesen Galaxien aufgenommen wurden, und heute sind sie öffentlich verfügbar.
Jeder kann Webbs neueste Reihe exquisiter Bilder erkunden, die Sterne, Gas und Staub in kleinen Maßstäben außerhalb unserer eigenen Galaxie zeigen. Forscherteams untersuchen diese Bilder, um die Ursprünge dieser komplizierten Strukturen aufzudecken. Die kollektive Analyse der Forschungsgemeinschaft wird letztendlich in die Simulationen der Theoretiker einfließen und unser Verständnis der Sternentstehung und der Entwicklung von Spiralgalaxien verbessern.
Es ist ganz einfach, sich von diesen Spiralgalaxien völlig in den Bann ziehen zu lassen. Folgen Sie ihren klar definierten Armen, die voller Sterne sind, zu ihren Zentren, wo sich möglicherweise alte Sternhaufen und – manchmal – aktive supermassereiche Schwarze Löcher befinden. Nur das James Webb-Weltraumteleskop der NASA kann hochdetaillierte Szenen naher Galaxien in einer Kombination aus Licht im nahen und mittleren Infrarot liefern.
Diese Webb-Bilder sind Teil eines großen, langjährigen Projekts, des Programms „Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS“ (PHANGS), das von mehr als 150 Astronomen weltweit unterstützt wird. Bevor Webb diese Bilder machte, war PHANGS bereits voller Daten vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA, dem Multi-Unit Spectroscopic Explorer des Very Large Telescope und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, einschließlich Beobachtungen im ultravioletten, sichtbaren und Radiolicht. Webbs Beiträge zum Nah- und Mittelinfrarotbereich haben mehrere neue Puzzleteile geliefert.
]„Webbs neue Bilder sind außergewöhnlich“, sagte Janice Lee, Projektwissenschaftlerin für strategische Initiativen am Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Selbst für Forscher, die dieselben Galaxien jahrzehntelang untersucht haben, sind sie überwältigend. Blasen und Filamente werden bis in die kleinsten jemals beobachteten Maßstäbe aufgelöst und erzählen eine Geschichte über den Sternentstehungszyklus.“
Als die Webb-Bilder einströmten, breitete sich im Team schnell Aufregung aus. „Ich habe das Gefühl, dass unser Team ständig – im positiven Sinne – von der Detailfülle dieser Bilder überwältigt ist“, fügte Thomas Williams, ein Postdoktorand, hinzu an der Universität Oxford im Vereinigten Königreich.
Folgen Sie den Spiralarmen
Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) hat in diesen Bildern Millionen von Sternen eingefangen, die in Blautönen funkeln. Einige Sterne sind über die Spiralarme verteilt, andere sind jedoch in Sternhaufen eng zusammengeballt.
Die MIRI-Daten (Mid-Infrared Instrument) des Teleskops heben leuchtenden Staub hervor und zeigen uns, wo er sich um und zwischen Sternen befindet. Es beleuchtet auch Sterne, die sich noch nicht vollständig gebildet haben – sie sind immer noch von Gas und Staub umgeben, die ihr Wachstum fördern, wie leuchtend rote Samen an den Spitzen staubiger Gipfel. „Hier können wir die neuesten, massereichsten Sterne in den Galaxien finden“, sagte Erik Rosolowsky, Professor für Physik an der University of Alberta in Edmonton, Kanada.
Etwas anderes, das die Astronomen in Erstaunen versetzte? Webbs Bilder zeigen große, kugelförmige Schalen im Gas und Staub. „Diese Löcher könnten von einem oder mehreren explodierten Sternen entstanden sein, die riesige Löcher in die interstellare Materie gerissen haben“, erklärte Adam Leroy, Professor für Astronomie an der Ohio State University in Columbus.
Verfolgen Sie nun die Spiralarme, um ausgedehnte Gasbereiche zu finden, die rot und orange erscheinen. „Diese Strukturen neigen dazu, in bestimmten Teilen der Galaxien dem gleichen Muster zu folgen“, fügte Rosolowsky hinzu. „Wir stellen uns diese wie Wellen vor, und ihre Abstände verraten uns viel darüber, wie eine Galaxie ihr Gas und ihren Staub verteilt.“ Die Untersuchung dieser Strukturen wird wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie Galaxien die Sternentstehung aufbauen, aufrechterhalten und stoppen.
Tauchen Sie ein in das Innere
Es gibt Hinweise darauf, dass Galaxien von innen nach außen wachsen – die Sternentstehung beginnt im Kern der Galaxien und breitet sich entlang ihrer Arme aus, spiralförmig vom Zentrum weg. Je weiter ein Stern vom Kern der Galaxie entfernt ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er jünger ist. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei den Bereichen in der Nähe der Kerne, die von einem blauen Scheinwerfer beleuchtet aussehen, um Populationen älterer Sterne.
Was ist mit Galaxienkernen, die von rosa und roten Beugungsspitzen überschwemmt sind? „Das ist ein klares Zeichen dafür, dass es ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch geben könnte“, sagte Eva Schinnerer, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg. „Oder die Sternhaufen in der Mitte sind so hell, dass sie diesen Bereich des Bildes gesättigt haben.“
Forschung in Hülle und Fülle
Es gibt viele Forschungsrichtungen, die Wissenschaftler mit den kombinierten PHANGS-Daten verfolgen können, aber die beispiellose Anzahl von Sternen, die Webb auflöste, ist ein guter Ausgangspunkt. „Sterne können Milliarden oder Billionen Jahre leben“, sagte Leroy. „Durch die präzise Katalogisierung aller Arten von Sternen können wir eine zuverlässigere, ganzheitlichere Sicht auf ihre Lebenszyklen erstellen.“
Zusätzlich zur sofortigen Veröffentlichung dieser Bilder hat das PHANGS-Team auch den bislang größten Katalog mit rund 100.000 Sternhaufen veröffentlicht. „Der Analyseumfang, der mit diesen Bildern durchgeführt werden kann, ist weitaus größer als alles, was unser Team überhaupt bewältigen könnte“, betonte Rosolowsky. „Wir freuen uns, die Community zu unterstützen, damit alle Forscher einen Beitrag leisten können.“
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