Das James-Webb-Teleskop findet heraus, wodurch das dunkle Zeitalter des Universums beendet wurde

Das Universum war nicht immer so lichtdurchflutet, wie wir es heute wahrnehmen. Lange Zeit bestand es aus einem dichten Nebel aus neutralem Wasserstoff, der kein Licht emittierte. Dieses dunkle Zeitalter ging ungefähr eine Milliarde Jahre nach dem Urknall mit der sogenannten Reionisation zu Ende. Der dichte Nebel hatte sich aufgelöst und einem Plasma aus ionisierten Wasserstoffatomen Platz gemacht, in dem sich das Licht der ersten Sterne und Galaxien breitmachte.

Seit langem rätseln Astronomen darüber, wodurch der neutrale Wasserstoff ionisiert wurde. War es das UV-Licht der ersten Sterne, das die Elektronen aus den neutralen Wasserstoffatomen herausschlug? Oder wurde die Reionisation von Galaxien angetrieben, in deren Zentrum ein Schwarzes Loch Strahlung ausspuckte? Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop haben Astronomen nun Belege für eine dritte Möglichkeit gefunden. Demnach könnte das UV-Licht von Zwerggalaxien ausgereicht haben, um das neutrale Wasserstoffgas zu ionisieren.

Diesen Schluss legen Beobachtungen eines Galaxienhaufens nahe, der das Licht von weit entfernten Galaxien wie eine Linse bündelt und verstärkt. Dadurch wurden schwach leuchtende Zwerggalaxien sichtbar, die bereits existierten, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Eine spektrale Analyse von acht ausgewählten Zwerggalaxien zeigt, dass diese viermal so viel ionisierende UV-Strahlung emittieren, wie es bisherige Modelle vermuten liessen. Das würde ausreichen, das neutrale Wasserstoffgas zwischen den Galaxien zu ionisieren – selbst wenn man davon ausgeht, dass nur ein kleiner Prozentsatz des UV-Lichts aus den Galaxien entweicht.

Das letzte Wort in dieser Angelegenheit ist aber noch nicht gesprochen. Denn die bisherigen Beobachtungen erstrecken sich nur über einen winzigen Bereich des Himmels. Durch die Untersuchung eines anderen Galaxienhaufens mit dem James-Webb-Teleskop wollen die Astronomen nun überprüfen, wie repräsentativ die jetzt gefundenen Verhältnisse sind.

Was von einem Stern übrig geblieben ist, der 1987 als Supernova explodierte
22. Februar

Es ist ein Ereignis, wie es Astronomen nur alle paar hundert Jahre zu Gesicht bekommen. Im Februar 1987 beobachteten sie in der Grossen Magellanschen Wolke, etwa 160 000 Lichtjahre von der Erde entfernt, eine ungemein helle Sternexplosion. Es war das erste Mal seit dem Jahr 1604, dass eine solche Supernova mit blossem Auge zu sehen war.

Alle Anzeichen sprachen dafür, dass die Supernova 1987A durch den Kollaps eines massereichen Sterns ausgelöst worden war. Allerdings suchten Astronomen vergeblich nach dem kompakten Überrest des Sterns. Sie konnten deshalb nicht sagen, ob es sich um ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern handelt.

Mit dem James-Webb-Teleskop haben sie nun den bisher deutlichsten Hinweis gefunden, dass vom Vorgängerstern ein Neutronenstern übrig geblieben ist. Neutronensterne sind ungemein kompakt. Sie haben eine vergleichbare Masse wie die Sonne, sind aber nur 20 Kilometer gross. Ein einziger Löffel ihrer Materie wiegt eine Milliarde Tonnen.

Der Nachweis des Neutronensterns gelang mit zwei Instrumenten des James-Webb-Teleskops, die infrarotes Licht in seine spektralen Anteile zerlegen. Beide Instrumente entdeckten im Zentrum des ausgeworfenen Materials Spektrallinien von ionisiertem Argon. Damit solche Ionen entstehen können, braucht es ionisierende Strahlung. Die Modelle der Astronomen legen nahe, dass diese nur von einem Neutronenstern kommen kann. Ein Schwarzes Loch halten sie für unwahrscheinlich.

Das James-Webb-Teleskop gewährt detaillierte Einblicke in das Innenleben von 19 Spiralgalaxien
31. Januar 2024

Mit ihren weit ausholenden Armen gehört unsere Milchstrasse zu den Spiralgalaxien. Leider ist es uns nicht vergönnt, unsere Heimatgalaxie von aussen zu betrachten. Doch Astronomen wissen sich zu helfen. Um herauszufinden, wie die typische Spiralstruktur entsteht und wie sie sich entwickelt, nehmen sie im Rahmen des Phangs-Programms – die Abkürzung steht für «physics at high angular resolution in nearby galaxies» – Spiralgalaxien in unserer kosmischen Nachbarschaft ins Visier. Der Katalog, der so über die Jahre entstanden ist, hat nun Zuwachs bekommen. Er wird durch Bilder von 19 Spiralgalaxien ergänzt, die das James-Webb-Teleskop im nahen und mittleren Infrarot gemacht hat.

An Detailreichtum lassen die Bilder nichts zu Wünschen übrig. Auf den Bildern sind Millionen von Sternen unterschiedlichen Alters zu sehen. Ältere Sterne sind eher im Zentrum der Galaxien zu finden, jüngere tendenziell in den Spiralgalaxien. Das bestätigt, dass Spiralgalaxien von innen nach aussen wachsen. Manche der Sterne sind noch von Gas und Staub umhüllt. Das ist ein Indiz dafür, dass sie noch Materie an sich reissen und wachsen. An anderen Orten sieht man Hohlräume, die von Staub und Gas umgeben sind. Vermutlich befanden sich hier einst Sterne, die inzwischen explodiert sind und Löcher ins interstellare Gas gerissen haben.

Besonders aufschlussreich ist, dass manche der Spiralgalaxien bereits mit anderen Teleskopen fotografiert wurden, zum Beispiel mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Anders als das James-Webb-Teleskop fängt das Hubble-Teleskop vornehmlich sichtbares und UV-Licht auf. Auf diese Weise erhalten Astronomen komplementäre Ansichten der gleichen Galaxie. Das kann enorm dabei helfen, die Entstehungsgeschichte einer Galaxie zu rekonstruieren.

Was von einem Stern übrig blieb, der vor 340 Jahren explodierte
10. Dezember 2023

Um das Jahr 1680 herum explodierte in der Milchstrasse ein Stern, nachdem er seinen Brennstoffvorrat aufgebraucht hatte. Der Überrest dieser Supernovaexplosion, Cassiopeia A genannt, gehört zu den fotogensten Gebilden in unserer Heimatgalaxie. Entsprechend oft ist er fotografiert worden. Auch das James-Webb-Teleskop hatte im April dieses Jahres eine erste Aufnahme von Cassiopeia A gemacht. Jetzt haben Astronomen ein zweites Bild veröffentlicht, das Cassiopeia A in einem anderen Licht zeigt (im nahen statt im mittleren Infrarot).

Auffallend ist, dass das neue Bild weniger farbenfroh ist als das alte. Das zeigt sich zum Beispiel im Aussenbereich der expandierenden Schale, der auf der älteren Aufnahme orange leuchtet. Im nahen Infrarot sind lediglich weisse Schlieren zu erkennen, die an den abziehenden Rauch eines Feuers erinnern. Erklären lässt sich das mit dem interstellaren Medium, das durch die vom explodierten Stern ausgehende Schockwelle aufgeheizt wird. Die Temperatur genügt zwar, um die Materie im mittleren Infrarot leuchten zu lassen, nicht jedoch im energiereicheren nahen Infrarot. Auch im Innenbereich der Schale gibt es Unterschiede. So ist das grüne Gebilde – von Astronomen als grünes Monster bezeichnet – auf der neuen Aufnahme nur schemenhaft wiederzuerkennen.

Was dem neuen Bild an Farbe fehlt, macht es durch schärfere Details wett. In der expandierenden Schale sind winzige Knoten aus Gas zu erkennen. Hier sammelt sich das Material, aus dem später einmal neue Sterne und Planeten entstehen könnten. Dass man nun zwei komplementäre Ansichten von Cassiopeia A hat, hilft Astronomen dabei, solche Prozesse besser zu verstehen.

Woher das CO₂ auf dem Jupitermond Europa kommt
21. September 2023

Der Jupitermond Europa gehört zu den interessantesten Objekten in unserem Sonnensystem. Unter einem kilometerdicken Eispanzer verbirgt sich ein Ozean, der vermutlich mehr Wasser enthält als die Weltmeere. Es gibt Hinweise, dass im Wasser Salze und Mineralien gelöst sind. Das macht Europa zu einem möglichen Lebensraum für einfache Organismen.

Eine Beobachtung, die Forscher mit dem James-Webb-Weltraumteleskop gemacht haben, macht Europa jetzt noch etwas interessanter. Auf der Oberfläche des Mondes wurde an mehreren Stellen gefrorenes Kohlendioxid nachgewiesen. Die höchste CO₂-Konzentration wurde in der Tara-Region gemessen. Dabei handelt es sich um eine geologisch gesehen junge Region, in der der dicke Eispanzer des Mondes zerklüftet und rissig ist.

Wie das Kohlendioxid entstanden ist, können die Forscher noch nicht abschliessend erklären. Sie sind aber sicher, dass der Kohlenstoff im Kohlendioxid aus dem Ozean unter dem Eis stammt und vor nicht allzu langer Zeit an die Oberfläche gelangte. Das bedeutet zwar nicht, dass der Ozean belebt ist. Immerhin scheint dort aber ein chemisches Element vorhanden zu sein, ohne das Leben, wie wir es kennen, nicht entstehen kann.

Die Forscher suchten mit dem James-Webb-Teleskop auch nach Fontänen aus Wasserdampf, die aus dem Ozean ins All schiessen. Solche Fontänen kennt man vom Saturnmond Enceladus. Auf Europa blieb die Suche allerdings erfolglos. Dennoch sind die Messungen mit dem James-Webb-Teleskop ein Steilpass für die europäische Juice- und die amerikanische Clipper-Mission, die dem Jupitermond Europa in den 2030er Jahren einen Besuch abstatten werden. Mit den beiden Sonden möchte man aus nächster Nähe untersuchen, wie lebensfreundlich Europa und die anderen Jupitermonde sind.

Das James-Webb-Teleskop macht die Geburtswehen eines jungen Sterns sichtbar
15. September 2023

Die Geburt eines neuen Sterns ist eine turbulente Angelegenheit. Während der Stern aus einer protoplanetaren Scheibe Materie an sich reisst und dadurch langsam wächst, stösst er zwei Gas-Jets in entgegengesetzte Richtungen aus, die sich mit Überschallgeschwindigkeit ins interstellare Medium bohren. Wenn die Jets dort mit Wolken aus Gas und Staub kollidieren, entstehen leuchtende Gebilde, die Astronomen als Herbig-Haro-Objekte bezeichnen. Diese Gebilde sind sehr kurzlebig. Schon nach einigen Tausend Jahren ist von ihnen nichts mehr zu sehen.

Mit dem James-Webb-Teleskop haben Astronomen ein besonders spektakuläres Bild eines solchen Herbig-Haro-Objekts gemacht. Zu verdanken ist das der Tatsache, dass das Weltraumteleskop infrarotes Licht von den zum Leuchten angeregten Molekülen einfängt. Anders als sichtbares Licht kann die Infrarotstrahlung nahezu ungehindert die dichten Gaswolken durchdringen, in denen sich neue Sterne bilden. Das James-Webb-Teleskop hat deshalb freie Sicht auf Vorgänge, die sich normalerweise im Verborgenen abspielen.

Das Herbig-Haro-Objekt in der Abbildung ist Tausend Lichtjahre von uns entfernt und gehört zu einem Stern, der etwa acht Prozent der Masse der heutigen Sonne besitzt. Die Messungen legen nahe, dass das Gas mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 100 Kilometern pro Sekunde ausgespuckt wird. Dort, wo es auf das interstellare Medium trifft, wird es auf Unterschallgeschwindigkeit abgebremst, und es entstehen bogenförmige Stossfronten. Diese sogenannten Bugstosswellen sind mit dem Überschallknall von Flugzeugen vergleichbar, die die Schallmauer durchbrechen. Sie sind in beiden Jets deutlich zu erkennen.

Das James-Webb-Teleskop feiert Geburtstag – mit einem Bild einer Sternentstehungsregion
22. Juli 2023

Das James-Webb-Teleskop feiert Geburtstag. Vor einem Jahr hat es seinen wissenschaftlichen Betrieb aufgenommen. Und wie es bei solchen Gelegenheiten üblich ist, gibt es zum Jubiläum ein besonders spektakuläres Bild. Es handelt sich um eine Aufnahme des sogenannten Ophiuchi-Nebels. Diese Wolke aus Staub und Gas ist 390 Lichtjahre von uns entfernt und damit das der Erde am nächsten gelegene Sternentstehungsgebiet in der Milchstrasse.

Die Wolke enthält ungefähr 50 Sterne, die eine ähnliche Masse wie die Sonne haben. Manche dieser Sterne sind so jung, dass sie noch von einer protoplanetaren Scheibe aus Staub und Gas umgeben sind, in der einst Planeten heranwachsen könnten. Andere Sterne sind noch im Entstehen begriffen. Sie verbergen sich in den dunklen Regionen des Bildes, wo der Staub besonders dicht ist. Am Rand dieser Regionen ist ein rötliches Leuchten zu erkennen. Die Ursache dafür sind energiereiche Teilchenjets, die die Protosterne in entgegengesetzte Richtungen ausstossen.

Ist ein Stern geboren, verändert er die Wolke in seiner Umgebung. Besonders eindrücklich ist das unterhalb der Bildmitte zu erkennen. Dort befindet sich ein Stern, der deutlich mehr Masse besitzt als die Sonne. Sein intensives UV-Licht sowie ein stetiger Wind von geladenen Teilchen haben die Wolke ausgehöhlt.

Mit dem Bild des Ophiuchi-Nebels geht für das James-Webb-Teleskop ein ereignisreiches Jahr zu Ende. Zu den wissenschaftlichen Highlights gehört sicherlich die Entdeckung von Galaxien, die schon 350 Millionen Jahre nach dem Urknall eine beachtliche Masse hatten. Noch ist völlig unklar, wie Galaxien in so kurzer Zeit so gross werden konnten. Daneben hat das Weltraumteleskop in seinem ersten Jahr wichtige Erkenntnisse über extrasolare Planeten und die Planeten in unserem Sonnensystem geliefert. Das ist keine schlechte Bilanz, und man darf gespannt sein, was noch kommen wird.

Das James-Webb-Teleskop findet Wasser auf einem Kometen, auf dem nicht damit zu rechnen war
15. Mai 2023

Wenn sich ein Komet der Sonne nähert, beginnen die gefrorenen Substanzen unter seiner Oberfläche zu verdampfen. In der Folge stösst er Wasserdampf, Kohlendioxid und andere Gase aus, die Staubpartikel mit sich reissen. Der Komet 238P/Read, den Astronomen im September letzten Jahres mit dem James-Webb-Teleskop beobachteten, ist in dieser Hinsicht nichts Besonderes. Auf den Aufnahmen sind der für Kometen typische Staubschweif sowie eine neblige Hülle (Koma genannt) zu erkennen. Durch eine Zerlegung des Lichts in seine spektralen Anteile konnten die Astronomen Wasserdampf in der Koma nachweisen.

So weit, so normal. Was die Beobachtung besonders macht, ist die Herkunft des Kometen. Normalerweise stammen Kometen vom Rand unseres Sonnensystems. Hier ist es so kalt, dass die gefrorenen Gase über Jahrmilliarden konserviert werden. Der Komet 238P/Read gehört jedoch zum Asteroidengürtel. Er kreist zwischen Mars und Jupiter um die Sonne und hat sich auf seiner elliptischen Bahn schon unzählige Male der Sonne genähert. Umso erstaunlicher ist es, dass in seinem Inneren immer noch Wassereis vorhanden ist.

Kometen aus dem Asteroidengürtel sind seltsame Mischwesen. Sie kreisen auf den gleichen Bahnen um die Sonne wie die benachbarten Asteroiden. Trotzdem kommt es periodisch zu Ausbrüchen von Staub. Wodurch dieser freigesetzt wird, war bisher unklar. Durch den Nachweis von Wasserdampf steht nun fest, dass der Staub von austretenden Gasen mitgerissen wird.

Rätselhaft ist allerdings, warum das James-Webb-Teleskop in der Koma von 238P/Read zwar Wasserdampf nachweisen konnte, aber kein Kohlendioxid. Typischerweise macht Kohlendioxid ungefähr zehn Prozent des volatilen Materials eines Kometen aus. Eine mögliche Erklärung ist, dass die Vorräte an Kohlendioxid-Eis durch die vielen Annäherungen an die Sonne bereits erschöpft sind. Es könnte aber auch sein, dass der Komet in einer Kohlendioxid-armen Region des Sonnensystems entstanden ist und erst relativ spät im Asteroidengürtel landete.

Mit Sicherheit werden Astronomen in den nächsten Jahren weitere Kometen im Asteroidengürtel mit dem James-Webb-Teleskop ins Visier nehmen. Dann wird sich zeigen, ob 238P/Read ein typischer Vertreter dieser relativ seltenen Kometen ist. Das könnte auch für die Frage relevant sein, woher das Wasser auf der Erde stammt. Kometen gehören neben Asteroiden zu jenen Himmelskörpern, die durch Einschläge Wasser auf die Erde gebracht haben könnten.

Schon 650 Millionen Jahre nach dem Urknall formierten sich die ersten Galaxienhaufen
24. April 2023

Das Universum entstand vor 13,8 Milliarden Jahren. Nur 350 Millionen Jahre später gab es bereits die ersten Galaxien. Sie waren zwar noch nicht so massereich wie unsere Milchstrasse. Trotzdem ist es erstaunlich, wie schnell die ersten Protogalaxien Masse anhäufen konnten. Auch auf der nächsthöheren Hierarchiestufe kam die Strukturbildung rasch voran. Wie Astronomen mit dem James-Webb-Teleskop bestätigt haben, gab es bereits 650 Millionen Jahre nach dem Urknall Vorläufer der heutigen Galaxienhaufen. Solche Haufen bestehen aus Tausenden von Galaxien, die durch die Gravitationskraft lose zusammengehalten werden.

Die Forscher richteten das James-Webb-Teleskop auf einen bereits bekannten Galaxienhaufen, Pandoras Galaxienhaufen genannt. Durch seine starke Gravitationskraft wirkt dieser wie eine Linse, die das Licht dahinter liegender Objekte bündelt und verstärkt. So kommen Galaxien zum Vorschein, die ohne die Gravitationslinse nicht zu erkennen wären.

Die gleiche Region hatten Astronomen bereits mit dem Hubble-Teleskop ins Visier genommen. Dabei entdeckten sie ungefähr ein Dutzend Galaxien, die über ein sehr kleines Gebiet hinter Pandoras Galaxienhaufen verteilt waren. Das deutete auf eine überdurchschnittliche Dichte von Galaxien hin, wie sie für Galaxienhaufen typisch ist. Man konnte sich allerdings nicht ganz sicher sein, dass die Galaxien tatsächlich zusammengehörten. Denn mit dem Hubble-Teleskop liess sich ihre Entfernung nur grob schätzen.

Mit dem James-Webb-Teleskop haben Astronomen nun charakteristische Spektrallinien im Licht der Galaxien vermessen. Die durch die Expansion des Universums bedingte Verschiebung dieser Linien erlaubte es, die Entfernung der Galaxien zu bestimmen. Sieben von ihnen haben exakt die gleiche Entfernung. Ihr Licht machte sich auf den Weg, als das Universum 650 Millionen Jahre alt war. Folglich muss der Galaxienhaufen damals bereits Formen angenommen haben. Anhand der spektralen Daten konnten die Forscher zudem modellieren, dass der Haufen heute, also gut 13 Milliarden Jahre später, eine Masse von 2 Billiarden (10¹⁵) Sonnen haben dürfte. Hinsichtlich der Grösse wäre er damit mit dem Coma-Galaxienhaufen vergleichbar, der mehr als tausend Galaxien umfasst.

Das James-Webb-Teleskop fotografiert einen Stern, der bald explodieren wird 14. März 2023

Sterne sind in den meisten Fällen recht unscheinbare Gebilde. Das ändert sich gegen Ende ihres Lebens. Wenn ein massereicher Stern seinen Brennstoffvorrat verbraucht hat, explodiert er als Supernova. Für kurze Zeit leuchtet er so hell auf wie eine ganze Galaxie. Seine Überreste breiten sich mit Überschallgeschwindigkeit aus. Es entsteht ein Nebel, der mit Teleskopen spektakulär anzuschauen ist.

Auch der Stern WR-124 wird in einigen hunderttausend Jahren als Supernova enden. Im Unterschied zu vielen anderen Sternen bietet er allerdings schon jetzt ein faszinierendes Schauspiel. Wie eine Aufnahme des James-Webb-Teleskops zeigt, ist der Stern gerade dabei, seine äusseren Schichten abzustossen. Starke Sternwinde tragen das Material davon, und es bildet sich eine Wolke aus Staub und Gas, die den noch leuchtenden Stern einhüllt.

WR-124 gehört zu den sogenannten Wolf-Rayet-Sternen (daher die Abkürzung WR). Diese Sterne sind sehr selten. In der Milchstrasse kennt man nur einige hundert von ihnen. Im Vergleich zu vielen anderen Sternen haben Wolf-Rayet-Sterne eine überaus grosse Masse. Bei WR-124 sind es schätzungsweise 30 Sonnenmassen, von denen der Stern bereits 10 abgestossen hat. Aus der Ausdehnung der Wolke lässt sich berechnen, dass dieser Prozess bereits vor 20 000 Jahren begonnen hat.

In der Zeit, die ihm noch bis zu seiner Explosion bleibt, wird WR-124 mehr und mehr von den starken Sternwinden abgeschält. Dabei werden sukzessive Elemente wie Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff freigesetzt, die von nachfolgenden Sterngenerationen aufgenommen werden. Vermutlich sind auch die Bausteine des irdischen Lebens einst in einem Wolf-Rayet-Stern erbrütet worden.

Das James-Webb-Teleskop verfolgt, wie zwei Wolken auf dem Saturnmond Titan wandern
1. Dezember 2022

Der Saturn-Mond Titan gehört zu den merkwürdigsten Himmelskörpern in unserem Sonnensystem. Mit einem Durchmesser von 5150 Kilometern ist er ungefähr halb so gross wie die Erde. Auch sonst gibt es viele Gemeinsamkeiten. So besitzt Titan eine dichte Atmosphäre. Und es gibt sogar grosse Seen, die von Flüssen gespeist werden. Hier hören die Gemeinsamkeiten mit der Erde allerdings auf. Denn in den Gewässern fliesst nicht Wasser, sondern Methan.

Am 4. November hatten Astronomen erstmals die Gelegenheit, den Titan mit dem James-Webb-Teleskop zu beobachten. Auf den Aufnahmen erkannten sie zwei Wolken, die das Kraken Mare, einen riesigen Methansee, einrahmen. Solche Wolken hatte bereits die Cassini-Sonde beobachtet. Sie bilden sich, wenn auf der Nordhalbkugel des Titans Sommer ist und die Temperaturen steigen. Das Methan in den Seen beginnt zu verdunsten und bildet Wolken, die dann in den Wintermonaten wieder abregnen. Die Wolken sind eine Bestätigung dafür, dass es auf dem Titan einen Methankreislauf gibt, der dem Wasserkreislauf auf der Erde ähnelt.

Nur einen Tag später informierten die Astronomen ihre Kollegen vom Keck-Teleskop auf Hawaii und baten sie, den Titan möglichst rasch ins Visier zu nehmen. Diese liessen sich nicht zweimal bitten. Am 6. November schossen sie ein Bild vom Titan, auf dem ebenfalls zwei Wolken zu erkennen sind. Es scheint so, als habe sich deren Form verändert. Noch lasse sich aber nicht mit Bestimmtheit sagen, ob es sich um die gleichen Wolken handelt, heisst es in einer Pressemitteilung der Nasa. Das wird man in den kommenden Monaten eingehend untersuchen. Denn die Wanderung der Wolken erlaubt Rückschlüsse auf die Strömungsverhältnisse in der dichten Atmosphäre des Titans.

Das James-Webb-Teleskop wohnt der Geburt eines neuen Sterns bei
16. November 2022

Die Geburt von Sternen ist ein dramatisches Ereignis. Der Ausgangspunkt ist eine ausgedehnte Wolke aus Gas und Staub, in der sich die Materie unter dem Einfluss der Schwerkraft langsam zusammenballt und einen Protostern bildet. Der Protostern wird zum Anziehungspunkt für weitere Materie, die sich in einer sogenannten Akkretionsscheibe sammelt. Diese nährt den Protostern, bis dieser so heiss und dicht ist, dass in ihm das Fusionsfeuer zündet: Aus dem Protostern ist ein richtiger Stern geworden.

Mit dem James-Webb-Teleskop haben Forscher jetzt eine sehr frühe Phase der Sternentstehung beobachtet. Die Infrarotaufnahme zeigt einen Protostern mit der Bezeichnung L1527, der erst 100 000 Jahre alt ist. Gemessen an der Lebensdauer von Sternen ist das ein Klacks. Der Babystern ist immer noch in eine Wolke aus Staub und Gas eingebettet, die durch sein Licht wie von einer Taschenlampe angestrahlt wird. Dass die Wolke so zerzaust aussieht, ist übrigens dem Protostern zuzuschreiben. Immer wieder spuckt er Materie aus, die Löcher in die Wolke reisst. So verhindert der Stern, dass in seiner Nachbarschaft Konkurrenten heranwachsen, die ihm seine «Nahrung» streitig machen.

Astronomen schätzen, dass der Babystern derzeit 20 bis 40 Prozent der Masse der Sonne hat. Er muss also noch viel Materie an sich reissen, bis aus ihm ein richtiger Stern wird. Danach könnten in seiner Umgebung sogar Planeten entstehen. Diese bilden sich, wenn in der Akkretionsscheibe Staubkörner durch Stösse zu sogenannten Planetesimalen heranwachsen, die sich dann unter dem Einfluss der Gravitation zu Planeten verbinden.

Das James-Webb-Teleskop sieht zwei Galaxien, wo Hubble zuvor nur eine gesehen hat
26. Oktober 2022

Das James-Webb-Teleskop ist so lichtempfindlich, dass es selbst sehr weit entfernte Galaxien sehen kann. Manchmal passiert das Licht einer solchen Galaxie einen viel näher gelegenen Galaxienhaufen und wird dort wie von einer Linse gebündelt und verstärkt. Die Galaxie ist dann mehrfach an verschiedenen Orten zu sehen und erscheint ausserdem heller, als sie es ohne den Gravitationslinseneffekt wäre.

Ein Beispiel hierfür ist eine Galaxie mit der kryptischen Bezeichnung MACS0647-JD. Sie war bereits 2012 mit dem Hubble-Weltraumteleskop entdeckt worden. Sie existierte bereits, als das Universum erst 440 Millionen Jahre alt war. Ihr Licht brauchte also 13,3 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen.

Auf der Hubble-Aufnahme war damals nur ein unscharfer roter Fleck zu erkennen. Mit dem James-Webb-Teleskop haben Forscher nun entdeckt, dass sich hinter dem Fleck zwei Objekte verbergen. Noch unklar ist, ob es sich dabei um zwei Galaxien handelt, die im Begriff stehen, miteinander zu verschmelzen. Wie die Forscher in einer noch nicht begutachteten Publikation schreiben, könnte es sich auch um zwei Sternklumpen in der gleichen Galaxie handeln. Die unterschiedlichen Farben deuten darauf hin, dass das kleinere der beiden Objekte 100 bis 200 Millionen Jahre älter ist als das andere.

Im Januar 2023 sind weitere Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop geplant. Sie sollen zeigen, ob die Galaxie tatsächlich die vermutete Entfernung besitzt. Zudem möchte man mehr über die Eigenschaften der beiden Objekte herausfinden.

Die Säulen der Schöpfung, scharf gestellt vom James-Webb-Teleskop
19. Oktober 2022

Sie sehen aus wie riesige staubige Finger – die sogenannten Säulen der Schöpfung («Pillars of Creation»). Sie befinden sich im Adlernebel und sind so weit von der Erde entfernt, dass ihr Licht 6500 Jahre braucht, um uns zu erreichen. In dieser Region entstehen aus Gas und Staub immer neue Sterne. Kaum ein astronomisches Objekt ist berühmter als dieses.

Jetzt hat die Nasa eine detailreiche Aufnahme veröffentlicht, die mit dem James-Webb-Teleskop gemacht wurde. Darin sind am Rand der Säulen rote, wellenartige Streifen zu erkennen – dabei handelt es sich um Material, das junge Sterne auswerfen, während sie sich bilden. In der neuen Aufnahme schimmern auch etliche Sterne durch die Säulen der Schöpfung. Denn das Infrarotlicht, das von diesem Teleskop aufgefangen wird, dringt durch die Gase und den Staub teilweise hindurch. Bei einer früheren Aufnahme durch das Hubble-Teleskop war das noch anders.

Die sehr hoch aufgelöste Aufnahme des James-Webb-Teleskops lässt genauer als zuvor erkennen, wie viele Sterne sich in der Region befinden und wie gross die Mengen an Gasen und Staub sind. Das soll Astrophysikern helfen, die Sternentstehung besser zu verstehen.

Staubige Galaxien mit Gravitationslinseneffekt
6. Oktober 2022

Bei den Lobliedern, die in den letzten Monaten auf das James-Webb-Teleskop gesungen wurden, vergisst man manchmal, dass das Hubble-Teleskop auch noch da ist. Für Astronomen ist das ein Segen. Denn so können sie die Bilder der beiden Teleskope kombinieren und dadurch neue Erkenntnisse gewinnen.

Ein Beispiel liefert die Aufnahme von zwei Galaxien, die 700 Millionen Lichtjahre von uns entfernt sind. Die beiden scheinen ein Paar zu bilden. Tatsächlich ist die elliptische Galaxie im linken Bildteil aber weiter von uns entfernt als die Spiralgalaxie rechts. Ihr Licht illuminiert die Spiralgalaxie also von hinten. Es wird an Staubpartikeln in den Armen der Spiralgalaxie gestreut und dabei abgeschwächt. Indem Astronomen die Daten des James-Webb-Teleskops mit jenen des Hubble-Teleskops kombinieren, können sie diese Abschwächung im Detail untersuchen. So erhalten sie ein genaueres Bild von der Verteilung des Staubs, aus dem sich in Zukunft neue Sterne und Planeten bilden könnten.

Die Infrarotaufnahme des James-Webb-Teleskops bringt übrigens noch etwas anderes ans Licht. Am nordwestlichen Rand der Spiralgalaxie erkennt man einen rötlichen Bogen. Dabei handelt es sich um eine Hintergrundgalaxie, deren Licht im Gravitationsfeld der elliptischen Galaxie wie von einer Linse verzerrt wird. Die gleiche Galaxie ist auf der gegenüberliegenden Seite der elliptischen Galaxie ein zweites Mal zu sehen, diesmal als rötlicher Punkt. Solche Doppelbilder sind typisch für den Gravitationslinseneffekt.

Die Ringe des Neptuns
21. September 2022

Der Saturn ist nicht der einzige Planet in unserem Sonnensystem, der von Ringen umgeben ist. Auch die anderen Gasplaneten haben Ringe aus Eis- und Felsbrocken. Diese sind allerdings nicht annähernd so dicht wie die Ringe des Saturns und deshalb nur mit empfindlichen Teleskopen zu erkennen. So wurden die Ringe des Neptuns erst 1984 am La Silla Observatorium in Chile entdeckt.

Auch das James-Webb-Teleskop hat den äussersten Planeten unseres Sonnensystems ins Visier genommen. Das Bild, das die Nasa, die ESA und die kanadische Weltraumbehörde nun veröffentlicht haben, ist gewöhnungsbedürftig. Normalerweise kennt man den Neptun als blaue Kugel. Das liegt daran, dass das Methan in der Atmosphäre des Gasplaneten rotes und infrarotes Licht absorbiert. So bleibt nur der blaue Anteil des Lichts übrig.

Auf der Infrarotaufnahme des James-Webb-Teleskops fehlt dieser jedoch. Deshalb erscheint der Neptun eher dunkel. Nur an einigen Stellen gibt es helle Flecken. Dahinter verbergen sich Methanwolken in grosser Höhe, die das infrarote Licht reflektieren, bevor es in der Atmosphäre absorbiert wird.

Neben den Ringen sind auf der Aufnahme auch sechs Monde des Neptuns zu erkennen. Nur Triton, der grösste der 14 bekannten Eismonde, fehlt. Er liegt ausserhalb des Bildausschnitts.

Ein Blick in eine Kinderstube von Sternen
6. September 2022

Anders als sichtbares Licht kann infrarote Strahlung auch dichte Staubwolken durchdringen. Welche Vorteile das bietet, macht diese Infrarotaufnahme des James-Webb-Teleskops deutlich. Sie zeigt den Tarantelnebel, der 161 000 Lichtjahre von uns entfernt ist und zur Grossen Magellanschen Wolke gehört. Im Zentrum des Bildes werden Zehntausende von jungen Sternen sichtbar, die bisher verborgen waren. Die bläuliche Farbe signalisiert, dass diese Sterne sehr heiss sind.

Zwischen den bläulichen Sternen befinden sich einige rötliche Sterne. Im Unterschied zu den bläulichen Sternen sind sie von einem Kokon aus Staub umgeben, der sich noch nicht aufgelöst hat. Diese Sterne befinden sich also noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Schliesslich liefert die Infrarotaufnahme einen Ausblick auf Sterne, die es noch gar nicht gibt. Wenn sich die rostroten Gaswolken eines Tages unter dem Einfluss der Schwerkraft verdichten, könnten sie zur Geburtsstätte neuer Sterne werden.

Das James-Webb-Teleskop schiesst sein erstes Bild eines extrasolaren Planeten
1. September 2022

Das James-Webb-Teleskop hat seinen ersten extrasolaren Planeten fotografiert. Es handelt sich um einen Gasriesen mit der Bezeichnung HIP 65426 b, der sechs bis acht Mal so massereich wie der Jupiter ist und für einen Umlauf um sein Muttergestirn mehr als 600 Jahre braucht.

Planeten direkt abzubilden, ist schwierig, da sie von ihrem Muttergestirn überstrahlt werden. Für die Aufnahme wurde deshalb das Licht des Sterns mit einem Koronografen ausgeblendet. Der Planet war bereits 2017 mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte fotografiert worden. Die neuen Bilder wurden bei längeren Wellenlängen gemacht. Dadurch werden Details sichtbar, die sich mit einem erdgebundenen Teleskop nicht erkennen lassen.

Eine erste Auswertung zeigt, dass die Aufnahmen des Planeten bis zu zehn Mal kontrastreicher sind als erwartet. In Zukunft sollte es deshalb möglich sein, mit dem James-Webb-Teleskop Planeten abzubilden, die nur einen Bruchteil der Jupitermasse haben – vorausgesetzt, sie kreisen in genügend grossem Abstand um ihr Muttergestirn.

Ein Blick in das Herz einer Spiralgalaxie
29. August 2022

Wie unsere Milchstrasse ist auch die Phantom-Galaxie eine Spiralgalaxie mit deutlich ausgeprägten Spiralarmen. Die Galaxie wurde früher bereits mit dem Hubble-Teleskop und mit erdgebundenen Teleskopen abgebildet. Der Vergleich mit der Infrarotaufnahme des James-Webb-Teleskops erlaubt es Astronomen, den Prozess der Sternentstehung besser zu untersuchen. Ausserdem liefert die Aufnahme einen unverstellten Blick auf den hellen Sternhaufen im Zentrum der Galaxie.

Ein klares Signal von Kohlendioxid in einer Planetenatmosphäre
25. August 2022

Ein internationales Team mit Schweizer Beteiligung hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop erstmals Kohlendioxid in der Atmosphäre eines extrasolaren Planeten nachgewiesen. Gegenstand der Untersuchung war der Gasplanet Wasp-39 b. Er hat eine ähnliche Masse wie der Saturn und kreist um einen sonnenähnlichen Stern, der 700 Lichtjahre von uns entfernt ist.

Mit dem Nahinfrarot-Spektrografen des James-Webb-Teleskops haben die Forscher das Licht analysiert, das bei einem Planetentransit durch die Atmosphäre des Planeten fällt und dort teilweise absorbiert wird. Das gemessene Spektrum verriet ihnen, dass die Atmosphäre CO₂ enthält. Es ist das erste Mal, dass das Treibhausgas zweifelsfrei ausserhalb unseres Sonnensystems nachgewiesen wurde.

In Zukunft wollen die Forscher die Atmosphäre von Planeten charakterisieren, die der Erde ähnlicher sind als Wasp-39 b. Das ist deutlich anspruchsvoller, da die Atmosphäre von Gesteinsplaneten nicht so dick ist wie die von Gasplaneten und weniger Licht absorbiert.

Der Jupiter, wie man ihn noch nicht gesehen hat
22. August 2022

So hat man den Jupiter noch nie gesehen. Die Nasa, die ESA und die kanadische Weltraumbehörde haben eine Infrarotaufnahme des grössten Planeten im Sonnensystem veröffentlicht, die während des «Early Release Science»-Programms des James-Webb-Teleskops gemacht wurde.

Auf dem Bild sind Polarlichter, zwei winzige Jupitermonde, schwach leuchtende Ringe sowie der Grosse Rote Fleck zu sehen. Dabei handelt es sich um ein Sturmsystem, das so gross wie die Erde ist und bereits seit dem 19. Jahrhundert beobachtet wird. Auf der Aufnahme des James-Webb-Teleskops erscheint dieser Fleck allerdings nicht rot, sondern weiss. Das liegt daran, dass die Infrarotaufnahme nachträglich eingefärbt wurde.

Fünf Bilder, die die Welt zum Staunen brachten
12. Juli 2022

Am 12. Juli begann für Astronomen eine neue Zeitrechnung. An diesem Tag veröffentlichten die Nasa, die ESA und die kanadische Weltraumbehörde die ersten Bilder des James-Webb-Teleskops. Die Aufnahmen erfüllten eine doppelte Aufgabe. Zum einen sollten sie demonstrieren, wozu das neue Weltraumteleskop in der Lage ist. Zum anderen sollten sie die Öffentlichkeit zum Staunen bringen.

Ein beliebtes Sujet, das bereits vom Hubble-Teleskop fotografiert wurde, ist der Südliche Ringnebel. Der Nebel ist das Resultat einer Sternexplosion, bei der die äusseren Schichten eines Sterns weggerissen wurden. Die Aufnahme des James-Webb-Teleskops zeigt die expandierende Gashülle in einer bisher unbekannten Schärfe.

Ein anderes Bild zeigt Stephans Quintett. Dabei handelt es sich um eine Gruppe von fünf Galaxien, die zusammenzugehören scheinen. Doch der Anschein trügt. Eine der fünf Galaxien ist der Erde viel näher als die anderen und liegt nur zufällig in der gleichen Blickrichtung. Sehr wahrscheinlich werden die anderen vier Galaxien eines Tages miteinander verschmelzen.

Mit dem James-Webb-Teleskop wollen Astronomen besser verstehen, wie unsere Sonne vor 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist. Für diese Aufnahme wurde das Teleskop auf den Carinanebel gerichtet. Dabei handelt es sich um eine Region in der Milchstrasse, in der heute noch Sterne geboren werden. Anders als das Hubble-Teleskop kann das James-Webb-Teleskop durch die Nebelschwaden hindurchschauen, die die Sicht versperren. Das liegt daran, dass es im infraroten Wellenlängenbereich operiert.

Das James-Webb-Teleskop kann nicht nur Bilder machen. Es wurde auch gebaut, um die chemische Zusammensetzung von Planetenatmosphären zu untersuchen. Dazu analysiert das Teleskop das Sternlicht, das bei einem Planetentransit durch die Atmosphäre des Planeten fällt. Zu Demonstrationszwecken wählten die Forscher den extrasolaren Planeten Wasp-96 b. Aus den Wellenlängen, bei denen das Licht absorbiert wird, schlossen sie, dass in seiner Atmosphäre Wasserdampf vorhanden ist. Die Hoffnung ist, in Zukunft auch andere Gase nachzuweisen.

Der amerikanische Präsident Joe Biden durfte das erste Bild des James-Webb-Teleskops enthüllen. Es zeigt Galaxien, von denen einige bereits existierten, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. In Zukunft möchte man mit dem Weltraumteleskop noch weiter in die Vergangenheit schauen und herausfinden, wann die ersten Galaxien entstanden sind.

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