JWST-Update: WR 124 –Teleskop fängt Supernova-Auftakt ein

Update vom 16.3.2023: WR 124 – NASA-Webb-Teleskop fängt selten gesehenen Supernova-Auftakt ein

Im Juni 2022 hat das James Webb-Weltraumteleskop der NASA einen seltenen Wolf-Rayet-Stern entdeckt - einen der leuchtkräftigsten, massereichsten und am kürzesten sichtbaren Sterne. Webb zeigt den Stern WR 124 mit seinen leistungsstarken Infrarotinstrumenten in noch nie dagewesenem Detail. Der Stern befindet sich in einer Entfernung von 15.000 Lichtjahren im Sternbild Sagittarius.

Massereiche Sterne rasen durch ihren Lebenszyklus, und nur wenige von ihnen durchlaufen eine kurze Wolf-Rayet-Phase, bevor sie zur Supernova werden, was Webbs detaillierte Beobachtungen dieser seltenen Phase für die Astronomen wertvoll macht. Wolf-Rayet-Sterne sind gerade dabei, ihre äußeren Schichten abzustoßen, wodurch ihre charakteristischen Halos aus Gas und Staub entstehen. Der Stern WR 124 hat die 30-fache Masse der Sonne und hat bisher Material im Äquivalent von 10 Sonnen abgestoßen. Wenn sich das ausgestoßene Gas vom Stern entfernt und abkühlt, bildet sich kosmischer Staub, der im Infrarotlicht leuchtet und von Webb nachgewiesen werden kann.

Die Herkunft des kosmischen Staubs, der eine Supernova-Explosion überleben und zum gesamten "Staubbudget" des Universums beitragen kann, ist für die Astronomen aus mehreren Gründen von großem Interesse. Staub ist ein wesentlicher Bestandteil des Funktionierens des Universums: Er beherbergt die entstehenden Sterne, er sammelt sich, um bei der Bildung von Planeten zu helfen, und er dient als Plattform für die Bildung und Verklumpung von Molekülen - einschließlich der Bausteine des Lebens auf der Erde. Trotz der vielen wichtigen Rollen, die Staub spielt, gibt es immer noch mehr Staub im Universum, als die derzeitigen Theorien der Astronomen zur Staubbildung erklären können. Das Universum hat einen Überschuss an Staub.

Webb eröffnet neue Möglichkeiten für die Untersuchung von Details im kosmischen Staub, die sich am besten im infraroten Wellenlängenbereich des Lichts beobachten lassen. Die Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb gleicht die Helligkeit des stellaren Kerns von WR 124 mit den knorrigen Details des schwächeren umgebenden Gases aus. Das Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) des Teleskops enthüllt die krümelige Struktur des Gas- und Staubnebels, der aus dem abgestoßenen Material entstanden ist und den Stern nun umgibt. Vor Webb verfügten die Staubforscher nicht über genügend detaillierte Informationen, um Fragen wie die nach der Staubproduktion in Umgebungen wie WR 124 zu beantworten oder ob die Staubkörner groß und reichlich genug sind, um die Supernova zu überleben und einen signifikanten Beitrag zum Gesamtstaubbudget zu leisten. Diese Fragen können nun mit echten Daten untersucht werden.

Sterne wie WR 124 dienen den Astronomen auch als Analogie, um eine entscheidende Periode in der Frühgeschichte des Universums zu verstehen. Ähnliche sterbende Sterne versorgten das junge Universum zunächst mit schweren Elementen, die in ihren Kernen geschmiedet wurden - Elemente, die heute weit verbreitet sind, auch auf der Erde. Webbs detailliertes Bild von WR 124 hält eine kurze, turbulente Periode der Umwandlung fest und verspricht zukünftige Entdeckungen, die die lange verborgenen Geheimnisse des kosmischen Staubs enthüllen werden.

Update vom 9.3.: Sternhaufen der Pandora, Kugelsternhaufen sowie Gas- und Staubnetze

Wissenschaftler der NASA haben mit dem James Webb-Weltraumteleskop erstmals die Sternentstehung, Gas und Staub in nahen Galaxien mit bisher unerreichter Auflösung im Infrarotbereich beobachtet. Die Daten ermöglichten eine erste Sammlung von 21 Forschungsarbeiten, die Aufschluss darüber geben, wie einige der kleinsten Prozesse im Universum - die Anfänge der Sternentstehung - die Entwicklung der größten Objekte im Kosmos, der Galaxien, beeinflussen.

Das Team untersucht eine Gruppe von 19 Spiralgalaxien, von denen fünf - M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365 und NGC 1433 - in den ersten Monaten des wissenschaftlichen Betriebs von Webb beobachtet wurden. Die Ergebnisse haben die Astronomen bereits verblüfft. "Die Klarheit, mit der wir die Feinstruktur sehen, hat uns wirklich überrascht", sagt Teammitglied David Thilker von der Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland.

Die Bilder von Webbs Instrument für den mittleren Infrarotbereich (MIRI) enthüllten ein Netzwerk von stark strukturierten Merkmalen innerhalb dieser Galaxien - glühende Hohlräume aus Staub und riesige, höhlenartige Gasblasen, die die Spiralarme säumen. In einigen Regionen der beobachteten nahen Galaxien scheint dieses Netzwerk aus einzelnen und überlappenden Hüllen und Blasen zu bestehen, in denen junge Sterne Energie freisetzen.

"Damit können wir untersuchen, wie der Staub im interstellaren Medium das Licht der entstehenden Sterne absorbiert und im Infraroten wieder abstrahlt, und so ein kompliziertes Netzwerk aus Gas und Staub sichtbar machen", sagt Karin Sandstrom von der University of California in San Diego, ein Mitglied des Teams. Die hochauflösende Bildgebung, die zur Untersuchung dieser Strukturen notwendig ist, war den Astronomen lange verwehrt - bis Webb ins Spiel kam.

"Mit der Auflösung des Teleskops können wir zum ersten Mal eine vollständige Zählung der Sternentstehung und eine Bestandsaufnahme der Blasenstruktur des interstellaren Mediums in nahegelegenen Galaxien jenseits der Lokalen Gruppe durchführen", sagt Lee. "Diese Zählung wird uns helfen zu verstehen, wie die Sternentstehung und ihre Rückkopplung mit dem interstellaren Medium die nächste Generation von Sternen hervorbringt oder verhindert.

Webb entdeckt neue Details im Sternhaufen der Pandora

Astronomen haben das neueste Deep-Field-Bild des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA veröffentlicht, das nie zuvor gesehene Details in einer Region des Weltraums zeigt, die als Pandoras Cluster (Abell 2744) bekannt ist. Die Webb-Aufnahme zeigt drei bereits sehr große Galaxienhaufen, die sich zu einem Megahaufen zusammenschließen. Die kombinierte Masse der Galaxienhaufen erzeugt eine starke Gravitationslinse, einen natürlichen Vergrößerungseffekt der Schwerkraft, der es ermöglicht, viel weiter entfernte Galaxien im frühen Universum zu beobachten, indem man den Haufen wie eine Lupe benutzt.

Nur der zentrale Kern von Pandora wurde bisher vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA im Detail untersucht. Durch die Kombination der leistungsstarken Infrarotinstrumente des Webb Teleskops mit einer breiten Mosaikansicht der verschiedenen Linsenbereiche in der Region haben die Astronomen ein Gleichgewicht zwischen Breite und Tiefe erreicht, das neue Grenzen in der Erforschung der Kosmologie und der Galaxienentwicklung eröffnet. Die neue Ansicht des Pandora-Haufens setzt vier Webb-Schnappschüsse zu einem Panoramabild zusammen und zeigt etwa 50.000 Lichtquellen im nahen Infrarot.

Zusätzlich zur Vergrößerung verzerrt die Gravitationslinse das Erscheinungsbild der entfernten Galaxien, so dass sie ganz anders aussehen als die Galaxien im Vordergrund. Die "Linse" des Galaxienhaufens ist so massiv, dass sie die Struktur des Raums selbst so stark verzerrt, dass das Licht der fernen Galaxien, das durch den verzerrten Raum fällt, ebenfalls verzerrt erscheint.

Mit der Webb-Nahinfrarotkamera (NIRCam) nahm das Team den Sternhaufen mit einer Belichtungszeit von vier bis sechs Stunden auf, was einer Gesamtbeobachtungszeit von etwa 30 Stunden entspricht. Der nächste Schritt besteht darin, die Bilddaten sorgfältig auszuwerten und Galaxien für Folgebeobachtungen mit dem Nahinfrarotspektrografen (NIRSpec) auszuwählen, der genaue Entfernungsmessungen und weitere detaillierte Informationen über die Zusammensetzung der Galaxienhaufen liefern wird. Das Team rechnet damit, diese NIRSpec-Beobachtungen im Sommer 2023 durchführen zu können.

Update vom 9.2.2023: Sternentstehung, Exoplanet, staubige Scheiben und neue Bilder

NGC 346, eine der dynamischsten Sternentstehungsregionen in nahen Galaxien, steckt voller Geheimnisse. Das James-Webb-Weltraumteleskops der NASA hat nun zumindest einige davon gelüftet.

NCG 346 befindet sich in der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC), einer Zwerggalaxie in der Nähe unserer Milchstraße. Im Vergleich zur Milchstraße enthält die SMC geringere Konzentrationen von Elementen, die schwerer als Wasserstoff oder Helium sind und von Astronomen als Metalle bezeichnet werden. Da Staubkörner im Weltraum hauptsächlich aus Metallen bestehen, erwarteten die Wissenschaftler, dass Staub dort nur in geringen Mengen vorkommt und schwer nachzuweisen ist. Die neuen Webb-Daten zeigen das Gegenteil.

Die Astronomen untersuchten diese Region, weil die Bedingungen und die Menge an Metallen in der SMC denen ähneln, die vor Milliarden von Jahren in Galaxien beobachtet wurden, während einer Epoche des Universums, die als "kosmische Mittagszeit" bekannt ist und in der die Sternentstehung ihren Höhepunkt erreichte. Etwa 2 bis 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall bildeten sich in den Galaxien mit rasender Geschwindigkeit Sterne. Das Feuerwerk der Sternentstehung, das damals stattfand, prägt noch heute die Galaxien, die wir um uns herum sehen.

Wenn Sterne entstehen, sammeln sie Gas und Staub aus der sie umgebenden Molekülwolke ein, die auf den Webb-Aufnahmen wie Bänder aussehen. Das Material sammelt sich in einer Akkretionsscheibe, die den zentralen Protostern nährt. Astronomen haben in NGC 346 bereits Gas um die Protosterne entdeckt, aber Webbs Beobachtungen im nahen Infrarot sind die ersten, die auch Staub in diesen Scheiben nachweisen konnten.

"Wir sehen die Bausteine nicht nur von Sternen, sondern möglicherweise auch von Planeten", sagt Guido De Marchi von der Europäischen Weltraumorganisation ESA, einer der Forscher des Teams. "Und da die Kleine Magellansche Wolke eine ähnliche Umgebung wie Galaxien zur kosmischen Mittagszeit aufweist, ist es möglich, dass Gesteinsplaneten früher im Universum entstanden sind, als wir bisher angenommen haben.

NASA-Webb bestätigt seinen ersten Exoplaneten

Forscher haben mit Hilfe des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA erstmals einen Exoplaneten entdeckt, also einen Planeten, der um einen anderen Stern kreist. Der Planet mit der Bezeichnung LHS 475 b ist fast so groß wie die Erde und misst 99 Prozent ihres Durchmessers. Das Team entschied sich für die Beobachtung dieses Ziels mit Webb, nachdem es sorgfältig die interessanten Ziele des NASA-Satelliten TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) untersucht hatte, die auf die Existenz des Planeten hindeuteten. Der Nahinfrarotspektrograph (NIRSpec) von Webb konnte den Planeten mit nur zwei Transitbeobachtungen leicht und eindeutig nachweisen. „Es gibt keinen Zweifel, dass der Planet existiert. Die einwandfreien Daten von Webb bestätigen das“, sagte Lustig-Yaeger vom Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland. Mark Clampin, Direktor der Astrophysik-Abteilung am NASA-Hauptquartier in Washington, ergänzte: „Webb bringt uns einem neuen Verständnis erdähnlicher Welten außerhalb unseres Sonnensystems immer näher, und die Mission hat gerade erst begonnen.“

Neues Webb-Bild zeigt bisher nicht gesehene Dusty Disk (staubige Scheibe)

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat das Innere einer staubreichen Scheibe abgebildet, die einen nahen Roten Zwergstern umgibt. Es ist das erste Mal, dass eine solche Scheibe bei diesen Wellenlängen des Infrarotlichts abgebildet wurde. Sie liefern auch Informationen über die Zusammensetzung der Scheibe.

Das fragliche Sternsystem, AU Microscopii oder AU Mic, befindet sich in einer Entfernung von 32 Lichtjahren im südlichen Sternbild Microscopium. Es ist etwa 23 Millionen Jahre alt, was bedeutet, dass die Planetenbildung abgeschlossen ist, da dieser Prozess normalerweise weniger als 10 Millionen Jahre dauert. Der Stern hat zwei bekannte Planeten, die von anderen Teleskopen entdeckt wurden. Die verbleibende staubige Trümmerscheibe ist das Ergebnis von Kollisionen zwischen den verbliebenen Planetesimalen – einem massereicheren Äquivalent des Staubs in unserem Sonnensystem, das ein Phänomen erzeugt, das als Zodiakallicht bekannt ist.

„Dieses System ist eines der seltenen Beispiele eines jungen Sterns mit bekannten Exoplaneten und einer Trümmerscheibe, die nah genug und hell genug ist, um mit den einzigartigen und leistungsstarken Instrumenten von Webb vollständig untersucht zu werden“, sagt Josh Schlieder vom Goddard Space Flight Center der NASA, leitender Wissenschaftler des Beobachtungsprogramms und Koautor der Studie.

Das Team verwendete Webbs Nahinfrarotkamera (NIRCam), um AU Mic zu untersuchen. Mit Hilfe des Koronagraphen der NIRCam, der das intensive Licht des Zentralsterns blockiert, konnten sie die Region in unmittelbarer Nähe des Sterns untersuchen. Anhand der NIRCam-Bilder konnten die Forscher die Scheibe bis auf fünf Astronomische Einheiten (460 Millionen Kilometer) an den Stern heranführen – das entspricht der Umlaufbahn des Jupiters in unserem Sonnensystem.

Update vom 23.12.2022: Deep Dive offenbart Entstehung junger Sterne

Einige Wissenschaftler der NASA haben einen Deep Dive in die ersten Aufnahmen des JWST gewagt und Dutzende energiereicher Strahlen und Ausläufer junger Sterne entdeckt, die zuvor von Staubwolken verdeckt waren. Die Entdeckung markiert den Beginn einer neuen Ära bei der Erforschung der Entstehung von Sternen wie unserer Sonne und der Frage, wie die Strahlung von nahen massereichen Sternen die Entwicklung von Planeten beeinflussen könnte.

Die Cosmic Cliffs, eine Region am Rande eines gigantischen Gashohlraums innerhalb des Sternhaufens NGC 3324, fasziniert Astronomen schon lange als Brutstätte der Sternentstehung. Obwohl sie vom Hubble-Weltraumteleskop gut untersucht wurde, bleiben viele Details der Sternentstehung in NGC 3324 bei Wellenlängen des sichtbaren Lichts verborgen. Webb ist perfekt gerüstet, um diese lang gesuchten Details herauszufinden, da es in der Lage ist, Jets und Ausströme, die nur im Infraroten zu sehen sind, mit hoher Auflösung zu erkennen. Die Fähigkeiten von Webb ermöglichen es den Forschern auch, die Bewegung anderer Merkmale zu verfolgen, die zuvor von Hubble erfasst wurden.

Kürzlich entdeckten die Astronomen durch die Analyse von Daten einer bestimmten Wellenlänge des Infrarotlichts (4,7 Mikrometer) zwei Dutzend bisher unbekannte Ausflüsse von extrem jungen Sternen, die von molekularem Wasserstoff verdeckt werden. Die Beobachtungen von Webb enthüllten eine Galerie von Objekten, die von kleinen Fontänen bis hin zu brodelnden Ungetümen reichen und sich Lichtjahre von den entstehenden Sternen entfernt befinden. Viele dieser Protosterne sind auf dem besten Weg, sich zu Sternen mit geringer Masse zu entwickeln, wie unsere Sonne.

Molekularer Wasserstoff ist ein wichtiger Bestandteil für die Entstehung neuer Sterne und ein hervorragender Indikator für die frühen Stadien ihrer Entstehung. Während junge Sterne Material aus dem sie umgebenden Gas und Staub aufnehmen, stoßen die meisten von ihnen einen Teil dieses Materials in Form von Strahlen und Ausströmungen aus ihren Polarregionen wieder aus. Diese Jets wirken dann wie ein Schneepflug, der die Umgebung mit Bulldozern bearbeitet. In den Beobachtungen von Webb ist der molekulare Wasserstoff zu sehen, der von diesen Jets mitgerissen und angeregt wird.

Bisherige Beobachtungen von Jets betrafen vor allem nahe gelegene Regionen und weiter entwickelte Objekte, die bereits in den von Hubble beobachteten Wellenlängen sichtbar sind. Die unvergleichliche Empfindlichkeit von Webb ermöglicht die Beobachtung von weiter entfernten Regionen, während die Infrarot-Optimierung des Teleskops auch in die jüngeren Stadien der Staubentwicklung vordringt. Zusammengenommen bietet dies den Astronomen einen beispiellosen Blick in Umgebungen, die der Geburtsstätte unseres Sonnensystems ähneln.

Diese Periode der sehr frühen Sternentstehung ist besonders schwierig zu erfassen, da es sich für jeden einzelnen Stern um ein relativ flüchtiges Ereignis handelt - nur ein paar tausend bis 10.000 Jahre inmitten eines mehrere Millionen Jahre dauernden Prozesses der Sternentstehung.

Update vom 6.12.2022: Störungen am JWST, Bilder vom Saturn-Mond Titan, Artemis blockiert Daten und Mikrometeoriteneinschläge

Nachdem die NASA am 24. August die wissenschaftlichen Beobachtungen mit dem Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) unterbrechen musste, hat sich wieder einiges beim JWST getan. Hier ein Rückblick auf die Ereignisse wie die Analyse der Mikrometeoriteneinschläge und Probleme mit der Artemis-Mission sowie die Bilder der letzten Wochen.

Am 24. August stellte das Webb-Team eine erhöhte Reibung in einem der Gitterräder fest, die im MIRI-Modus der mittelauflösenden Spektrometrie (MRS) verwendet werden, und unterbrach daraufhin die wissenschaftlichen Beobachtungen in diesem speziellen Modus. Seitdem hat ein Expertenteam eine eingehende Untersuchung durchgeführt, bei der sowohl die Konstruktion des Instruments als auch historische Daten und Daten nach dem Start geprüft wurden.

Das Team kam zu dem Schluss, dass das Problem wahrscheinlich durch erhöhte Kontaktkräfte zwischen Unterkomponenten der zentralen Radlagereinheit unter bestimmten Bedingungen verursacht wird. Auf dieser Grundlage entwickelte und überprüfte das Team einen Plan, wie der betroffene Mechanismus während des wissenschaftlichen Betriebs eingesetzt werden kann.

Am Mittwoch, dem 2. November, wurde ein technischer Test durchgeführt, der die Vorhersagen für die Radreibung erfolgreich bestätigte. Webb hat die wissenschaftlichen Beobachtungen mit MIRI MRS am 12. November, wieder aufgenommen und mit der einmaligen Gelegenheit begonnen, die Polarregionen des Saturns zu beobachten, kurz bevor diese für die nächsten 20 Jahre von Webb nicht mehr beobachtet werden können.

Wolken auf dem Saturnmond Titan

Am 5. November freuten sich die Planetenforscher über die ersten Webb-Bilder des größten Saturnmondes Titan. Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre und auch der einzige Planet neben der Erde, auf dem es derzeit Flüsse, Seen und Meere gibt. Im Gegensatz zur Erde besteht die Flüssigkeit auf der Titanoberfläche jedoch nicht aus Wasser, sondern aus Kohlenwasserstoffen wie Methan und Ethan. Seine Atmosphäre ist mit dichtem Dunst gefüllt, der das sichtbare Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird, verdeckt. „Wir haben jahrelang darauf gewartet, die Infrarotsicht von Webb zu nutzen, um die Titanatmosphäre zu untersuchen, einschließlich ihrer faszinierenden Wettermuster und Gaszusammensetzung, und auch durch den Dunst hindurchzusehen, um Albedo-Merkmale (helle und dunkle Flecken) auf der Oberfläche zu untersuchen“, erklärte Conor Nixon, Astronom und Planetenforscher, am Labor für Planetensysteme des Goddard Space Flight Center.

Durch den Vergleich verschiedener Bilder, die von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb aufgenommen wurden, konnten die Forscher bestätigen, dass es sich bei einem hellen Fleck in der nördlichen Hemisphäre von Titan tatsächlich um eine große Wolke handelte. Kurze Zeit später entdeckten wir eine zweite Wolke. Die Entdeckung von Wolken ist spannend, denn sie bestätigt die langjährigen Vorhersagen von Computermodellen über das Klima auf Titan, wonach sich in der mittleren nördlichen Hemisphäre während des Spätsommers, wenn die Oberfläche von der Sonne erwärmt wird, leicht Wolken bilden würden.

Nicht genug Bandbreite: Artemis funkt JWST dazwischen

Das Deep Space Network (DSN) ist ein internationales Netz 14 riesiger Funkantennen der NASA, das interplanetare Raumfahrtmissionen sowie einige Missionen in der Erdumlaufbahn unterstützt. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Datenübertragung im Weltall – und wir jetzt zum Nadelöhr.

„Im Sommer wurde uns gesagt, dass das Deep Space Network nach dem Start der Artemis-Raumfahrtmission im Grunde vollständig von Artemis übernommen werden würde, da das Raumschiff verfolgt werden musste“, sagte Mercedes López-Morales, Astrophysikerin am Harvard Smithsonian Center for Astrophysics und Vorsitzende des JWST-Nutzerkomitees, laut space.com am Mittwoch auf einer Sitzung des Board on Physics and Astronomy der U.S. National Academies of Sciences. Die Artemis-Mission war am 16.11.2022 gestartet. Es ist der Erstflug der neuen SLS-Schwerlastrakete mit ihrem Raumschiff Orion an Bord, dessen Service- und Antriebsmodul übrigens hauptsächlich in Deutschland gebaut wurde. Während des Flugs und jenseits der niedrigen Erdumlaufbahn steht die Orion fast ständig in Kontakt mit dem Deep Space Network – eine große Belastung, die das James-Webb-Weltraumteleskop und andere Missionen in den Hintergrund drängt. „Es könnte sein, dass wir bis zu 80 Stunden überhaupt keinen Kontakt zu JWST haben“, sagte López-Morales, als sie vor dem Start von Artemis 1 informiert wurde.

Die JWST-Wissenschaftler senden dem 10-Milliarden-Dollar-Observatorium normalerweise etwa einmal pro Woche Befehle, sagte sie dem Gremium, so dass die seltene Kommunikation keine Auswirkungen darauf hat, dass das Observatorium seine Anweisungen erhält. Damit die Astronomen jedoch in den Genuss der Leistung von Webb kommen können, muss das Teleskop in der Lage sein, seine Daten nach Hause zu senden - und zwar bevor der Computer voll ist. „Das große Problem ist, dass man so lange keine Daten herunterladen kann“, erläuterte López-Morales.

Mikrometeoriteneinschläge am JWST sind kein Grund zur Sorge

Mikrometeoriteneinschläge sind ein unvermeidlicher Aspekt beim Betrieb eines Raumfahrzeugs. Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA wurde so konstruiert, dass es dem ständigen Bombardement durch diese staubgroßen Partikel, die sich mit extremen Geschwindigkeiten bewegen, standhält.

„Wir haben 14 messbare Mikrometeoroid-Treffer auf unserem Hauptspiegel erlebt, im Durchschnitt ein bis zwei pro Monat, wie erwartet. Die daraus resultierenden optischen Fehler lagen mit einer Ausnahme alle im Rahmen dessen, was wir beim Bau des Observatoriums geplant und erwartet hatten“, sagte Mike Menzel, leitender Webb-Missionssystemingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Eines davon war höher als unsere Erwartungen und Modelle vor dem Start; aber selbst nach diesem Ereignis ist unsere aktuelle optische Leistung immer noch doppelt so gut wie unsere Anforderungen.“

Um sicherzustellen, dass alle Teile des Observatoriums weiterhin optimal funktionieren, hat die NASA eine Arbeitsgruppe aus Optik- und Mikrometeoroid-Experten des Webb-Teams der NASA Goddard, des Spiegelherstellers des Teleskops, des Space Telescope Science Institute und des NASA Meteoroid Environment Office im Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, einberufen. Nach einer gründlichen Analyse kam das Team zu dem Schluss, dass der im Mai beobachtete energiereiche Einschlag ein seltenes statistisches Ereignis war, sowohl was die Energie als auch was den Einschlag an einer besonders empfindlichen Stelle des Webb-Primärspiegels betrifft.

Update vom 20.10.2022: Pillars of Creation im Vergleich zwischen Hubble und JWST

Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA machte die Pillars of Creation (Säulen der Schöpfung) mit seinem ersten Bild im Jahr 1995 berühmt, doch 2014 wurde die Szene erneut aufgenommen, um eine schärfere, breitere Ansicht im sichtbaren Licht zu zeigen. Ein neues Bild des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA, das im nahen Infrarotlicht (NIR) aufgenommen wurde, soll der NASA jetzt helfen mehr von dem Staub in dieser Sternentstehungsregion zu sehen. Auf den neuen Aufnahmen sind die dicken, staubigen braunen Säulen nicht mehr so undurchsichtig.

Allerdings sind die Hauptdarsteller in dieser Aufnahme die neu entstandenen Sterne. Dies sind die hellen roten Kugeln, die typischerweise Beugungsspitzen (Spitzen) aufweisen und außerhalb einer der staubigen Säulen liegen. Wenn sich innerhalb der Gas- und Staubsäulen Knoten mit ausreichender Masse bilden, beginnen sie unter ihrer eigenen Gravitation zu kollabieren, erhitzen sich langsam und bilden schließlich neue Sterne.

Bei den wellenförmigen Linien an den Rändern, die Lava ähneln, handelt es sich um Auswürfe von Sternen, die sich noch in Gas und Staub bilden. Junge Sterne stoßen in regelmäßigen Abständen Überschallstrahlen aus, die mit Materialwolken wie diesen dicken Säulen kollidieren. Dies führt manchmal auch zu Bugwellen, die wellenförmige Muster bilden können. Das karmesinrote Leuchten stammt von den energiereichen Wasserstoffmolekülen, die bei den Strahlen und Schocks entstehen. Dies ist an der zweiten und dritten Säule von oben zu erkennen. Diese jungen Sterne sind schätzungsweise nur ein paar hunderttausend Jahre alt.

Das James Webb Weltraumteleskop der NASA hat kürzlich seine ersten Bilder und Spektren vom Mars aufgenommen. Das Teleskop, eine internationale Zusammenarbeit mit der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumorganisation), bietet mit seiner Infrarotempfindlichkeit eine einzigartige Perspektive auf unseren Nachbarplaneten und ergänzt damit die Daten, die von Orbitern, Rovern und anderen Teleskopen gesammelt werden. Doch das sind nicht die einzigen Bilder, die das JWST in letzter Zeit zur Erde geschickt hat. Viel Spaß beim Stöbern!

Update vom 22.9.2022: Neptun und seine Ringe in aller Deutlichkeit

Neptun mit seinem Mond Triton und den tosenden Winden, die schneller sind als die Schallgeschwindigkeit auf der Erde, hat Astronomen lange Zeit verblüfft. Nur eine Raumsonde, Voyager 2, hat 1989 diesen Planeten jemals besucht. Jetzt gewährt uns das James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) der NASA einen genaueren Blick auf diesen Eisriesen, seine Ringe und Monde.

Das auffälligste Merkmal des neuen Webb-Bildes ist die klare Sicht auf die Ringe des Planeten, von denen einige seit dem Vorbeiflug von Voyager 2, der ersten Raumsonde der NASA, nicht mehr entdeckt wurden. Neben mehreren hellen, schmalen Ringen sind auf dem Webb-Bild auch die schwächeren Staubbänder des Neptun deutlich zu erkennen.

Webb hat auch sieben der 14 bekannten Monde des Neptun aufgenommen. Dieses Webb-Porträt von Neptun wird von einem sehr hellen Lichtpunkt dominiert, der die charakteristischen Beugungsspitzen aufweist, die auf vielen Webb-Bildern zu sehen sind, aber es handelt sich nicht um einen Stern. Vielmehr handelt es sich um Neptuns großen und ungewöhnlichen Mond Triton.

„Es ist drei Jahrzehnte her, dass wir diese schwachen, staubigen Bänder das letzte Mal gesehen haben, und dies ist das erste Mal, dass wir sie im Infraroten gesehen haben", erklärt Heidi Hammel, Expertin für das Neptunsystem und interdisziplinäre Wissenschaftlerin bei Webb. Die extrem stabile und präzise Bildqualität von Webb ermöglicht es, diese sehr schwachen Ringe so nahe am Neptun zu entdecken.“

Update vom 21.9.2022: Der Mars im Fokus

Die NASA hat kürzlich die ersten Bilder und Spektren des Mars veröffentlicht, die das James Webb Weltraumteleskop am 5. September aufgenommen hat. Die Bilder ergänzen die Daten von Orbitern, Rovern und anderen Teleskopen.

Webbs Beobachtungsposten in fast einer Million Kilometer Entfernung am Sonne-Erde-Lagrange-Punkt 2 (L2) bietet einen Blick auf die beobachtbare Scheibe des Mars (den Teil der sonnenbeschienenen Seite, der dem Teleskop zugewandt ist). Dadurch kann Webb Bilder und Spektren mit der nötigen spektralen Auflösung aufnehmen, um kurzfristige Phänomene wie Staubstürme, Wettermuster und jahreszeitliche Veränderungen zu untersuchen und in einer einzigen Beobachtung Prozesse zu erfassen, die zu verschiedenen Zeiten (Tageszeit, Sonnenuntergang und Nachtzeit) eines Marstages auftreten.

Aufgrund seiner Nähe gehört der Rote Planet zu den hellsten Objekten am Nachthimmel, sowohl was das sichtbare Licht (für das menschliche Auge) als auch das Infrarotlicht betrifft, das Webb aufspüren soll. Dies stellt eine besondere Herausforderung für das Observatorium dar, das gebaut wurde, um das extrem schwache Licht der am weitesten entfernten Galaxien im Universum zu erfassen. Die Instrumente von Webb sind so empfindlich, dass das helle Infrarotlicht vom Mars ohne spezielle Beobachtungstechniken blendet und ein Phänomen verursacht, das als "Detektorsättigung" bekannt ist. Die Astronomen stellten sich auf die extreme Helligkeit des Mars ein, indem sie sehr kurze Belichtungszeiten verwendeten, nur einen Teil des Lichts maßen, das auf die Detektoren traf, und spezielle Datenanalysetechniken einsetzten.

Während die Bilder Helligkeitsunterschiede über eine große Anzahl von Wellenlängen von Ort zu Ort auf dem Planeten an einem bestimmten Tag und zu einer bestimmten Zeit zeigen, zeigt das Spektrum die subtilen Helligkeitsunterschiede zwischen Hunderten von verschiedenen Wellenlängen, die für den Planeten als Ganzes repräsentativ sind. Die Astronomen werden die Merkmale des Spektrums analysieren, um zusätzliche Informationen über die Oberfläche und die Atmosphäre des Planeten zu erhalten.

Dieses Infrarotspektrum wurde durch die Kombination von Messungen aus allen sechs hochauflösenden Spektroskopiemodi des Nahinfrarotspektrographen (NIRSpec) von Webb gewonnen. Die vorläufige Analyse des Spektrums zeigt eine Vielzahl von Spektralmerkmalen, die Informationen über Staub, Eiswolken, die Art der Felsen auf der Planetenoberfläche und die Zusammensetzung der Atmosphäre enthalten. Die spektralen Signaturen – einschließlich tiefer Täler, die als Absorptionsmerkmale bekannt sind – von Wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid lassen sich mit Webb leicht nachweisen.

In Zukunft wird das Mars-Team diese bildgebenden und spektroskopischen Daten nutzen, um regionale Unterschiede auf dem Planeten zu untersuchen und nach Spurengasen in der Atmosphäre zu suchen, darunter Methan und Chlorwasserstoff.

Update vom 14.9.2022: Das Innere des Orionnebels aus Sicht der NIRCam

Erneut schickt das JWST Bilder zur Erde, die einen staunen lassen und die zeigen, wie sehr die Qualität der Bilder gesteigert werden konnte.

Am 11.9. veröffentlichte die NASA eine Aufnahme von Teilen des Orionnebels, bei dem die amerikanische Raumfahrtagentur vier Punkte hervorhebt:

• Junger Stern mit Scheibe innerhalb seines Kokons: Diese Scheiben werden durch das starke Strahlungsfeld der nahen Sterne des Trapezes aufgelöst oder "photoverdampft", wodurch ein Kokon aus Staub und Gas um sie herum entsteht. Fast 180 dieser von außen beleuchteten photoverdampfenden Scheiben um junge Sterne (auch Proplyds genannt) wurden im Orionnebel entdeckt, und HST-10 (die Scheibe rechts oben im Bild) ist eine der größten bekannten. Zum Vergleich ist im Bild die Umlaufbahn des Neptun dargestellt.
• Filamente: Das gesamte Bild ist reich an Filamenten unterschiedlicher Größe und Form. Der Ausschnitt hier zeigt dünne, gewundene Filamente, die besonders reich an Kohlenwasserstoffmolekülen und molekularem Wasserstoff sind.
• θ² Orionis A: Der hellste Stern in diesem Bild ist θ2 Orionis A, ein Stern, der gerade hell genug ist, um von einem dunklen Ort auf der Erde aus mit bloßem Auge gesehen zu werden. Stellares Licht, das von Staubkörnern reflektiert wird, verursacht das rote Glühen in seiner unmittelbaren Umgebung.
• Junger Stern im Innern einer Globule: Wenn dichte Gas- und Staubwolken durch die Schwerkraft instabil werden, kollabieren sie zu stellaren Embryonen, die allmählich an Masse zunehmen, bis sie in ihrem Kern eine Kernfusion starten können – sie beginnen zu leuchten. Dieser junge Stern ist noch in seine ursprüngliche Wolke eingebettet.

Schon bei den ersten Bildern des JWST hat sich gezeigt, wie viel besser sie im Vergleich zu dem Vorgänger Hubble sind. Noch deutlicher wird der Unterschied, wenn man die aktuellen Bilder Orionnebels mit Aufnahmen des Teleskops Spitzer nebeneinanderlegt. Diese startet seine Mission 2003 und wurde Anfang 2020 abgeschaltet.

Update vom 8.9.2022: Bilder von (un)bekannten Planeten, Daten als Musik und eine kosmische Tarantula

Seit dem 3.8. ist einiges im Zusammenhang mit dem James-Webb-Teleskop passiert. Wir werfen einen Blick zurück, welche neuen Bilder es gibt und welche "Spielereien" sich damit treiben lassen..

James Webb Teleskop nimmt nahe und ferne Planeten auf

Nachdem das JWST in seinem ersten offiziellen Bild erneut aufzeigte, wie unglaublich riesig das (sichtbare) Universum ist, zeigt eines der neuen Bilder Jupiter, den größten Planeten unseres Sonnensystems. Die Bilder, die mit der NIRCam aufgenommen wurden, sollen Forschern Einblicke in das Innenleben des Planeten geben. Da infrarotes Licht für das menschliche Auge unsichtbar ist, wurde das Licht auf das sichtbare Spektrum übertragen. „Wir hatten nicht wirklich erwartet, dass es so gut sein würde, um ehrlich zu sein“, sagte die Planetenastronomin Imke de Pater, emeritierte Professorin an der University of California, Berkeley. De Pater leitete die Jupiterbeobachtungen zusammen mit Thierry Fouchet, einem Professor am Pariser Observatorium, im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit für das Early Release Science-Programm von Webb. „Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Details des Jupiters zusammen mit seinen Ringen, winzigen Satelliten und sogar Galaxien in einem Bild sehen können“, sagte sie.

Natürlich wirft das Weltraumteleskop auch weiterhin einen Blick in die Tiefen des Weltraums. Anfang September konnten Astronomen ein direktes Bild von einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufnehmen. Der Exoplanet ist ein Gasriese, das heißt, er hat keine felsige Oberfläche und könnte nicht bewohnbar sein.

Das Bild, das durch vier verschiedene Lichtfilter betrachtet wird, zeigt, wie der leistungsstarke Infrarotblick des Webb-Teleskops Welten außerhalb unseres Sonnensystems erfassen kann. Das wird nur der Anfang von vielen Beobachtungen sein, die mehr Informationen über Exoplaneten enthüllen sollen. Daher hängte Sasha Hinkley, Dozent für Physik und Astronomie an der Universität von Exeter im Vereinigten Königreich, der diese Beobachtungen in einer großen internationalen Zusammenarbeit leitete, auch die Messlatte gleich entsprechend hoch: „Dies ist ein entscheidender Moment, nicht nur für Webb, sondern auch für die Astronomie im Allgemeinen.“

Der Exoplanet auf dem Webb-Bild, HIP 65426 b, hat etwa die sechs- bis zwölffache Masse des Jupiters, und diese Beobachtungen könnten dazu beitragen, diesen Wert noch weiter einzugrenzen. Für Planeten ist er jung - etwa 15 bis 20 Millionen Jahre alt, verglichen mit unserer 4,5 Milliarden Jahre alten Erde. „Die Aufnahme dieses Bildes fühlte sich an wie eine Schatzsuche im Weltraum“, sagt Aarynn Carter, Postdoktorandin an der University of California, Santa Cruz, die die Analyse der Bilder leitete. „Zunächst war nur das Licht des Sterns zu sehen, aber durch sorgfältige Bildbearbeitung konnte ich dieses Licht entfernen und den Planeten freilegen.“

Wenn aus Weltall-Daten Musik wird

Es gibt eine neue Möglichkeit, einige der Vollfarb-Infrarotbilder und -daten des James Webb Space Telescope der NASA zu erkunden – durch Geräusche. Die Zuhörer können in die komplexe Klanglandschaft der Cosmic Cliffs im Carina-Nebel eintauchen, die Töne zweier Bilder des Südlichen Ringnebels erkunden und die einzelnen Datenpunkte in einem Transmissionsspektrum des heißen Gasriesen WASP-96 b als Melodie hören. Diese Audiospuren sind in erster Linie für blinde und sehbehinderte Zuhörer gedacht, sollen aber auch jeden anderen fesseln, der sich darauf einlässt.

Aber sehen beziehungsweise hören Sie selbst:

Eine kosmische Tarantel als Geburtsstätte von Sternen

Der Tarantelnebel, der wegen seiner staubigen Filamente auf früheren Teleskopbildern den Spitznamen Tarantula erhielt, ist seit langem ein beliebtes Ziel für Astronomen, die die Sternentstehung untersuchen. In einem neuem Bild zeigt das Webb Teleskop auch weit entfernte Hintergrundgalaxien sowie die detaillierte Struktur und Zusammensetzung von Gas und Staub im Nebel.

Mit einer Entfernung von nur 161.000 Lichtjahren in der Großen Magellanschen Wolke ist der Tarantelnebel das größte und hellste Sternentstehungsgebiet in der Lokalen Gruppe, den Galaxien, die unserer Milchstraße am nächsten sind. Er beherbergt die heißesten und massereichsten bekannten Sterne. Die Astronomen konzentrierten drei der hochauflösenden Infrarot-Instrumente von Webb auf die Tarantel. Mit der Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb betrachtet, ähnelt die Region dem Zuhause einer wühlenden Tarantel, das mit ihrer Seide ausgekleidet ist. Der Hohlraum des Nebels in der Mitte des NIRCam-Bildes wurde durch die starke Strahlung eines Haufens massereicher junger Sterne ausgehöhlt, die auf dem Bild blassblau schimmern. Nur die dichtesten umgebenden Bereiche des Nebels widerstehen der Erosion durch die starken Sternwinde dieser Sterne und bilden Säulen, die in Richtung des Sternhaufens zu zeigen scheinen. Diese Säulen enthalten sich bildende Protosterne, die schließlich aus ihren staubigen Kokons heraustreten und den Nebel mitgestalten werden.

Der Nahinfrarotspektrograph (NIRSpec) von Webb hat einen sehr jungen Stern dabei erwischt, wie er genau das tut. Astronomen dachten bisher, dass dieser Stern etwas älter sein könnte und bereits dabei ist, eine Blase um sich herum zu bilden. NIRSpec zeigte jedoch, dass der Stern gerade erst dabei war, sich aus seiner Säule zu befreien und noch immer eine isolierende Staubwolke um sich herum hatte. Ohne die hochauflösenden Spektren von Webb im infraroten Wellenlängenbereich wäre diese Episode der Sternentstehung in Aktion nicht zu erkennen gewesen.

Die Region nimmt ein anderes Aussehen an, wenn man sie in den längeren Infrarot-Wellenlängen betrachtet, die das Mid-Infrared Instrument (MIRI) von Webb erfasst. Die heißen Sterne verblassen, und das kühlere Gas und der Staub leuchten. In den stellaren Kinderwolken weisen Lichtpunkte auf eingebettete Protosterne hin, die noch an Masse gewinnen. Während kürzere Wellenlängen des Lichts von den Staubkörnern im Nebel absorbiert oder gestreut werden und daher nie das Webb erreichen, um entdeckt zu werden, durchdringen die längeren Wellenlängen im mittleren Infrarot diesen Staub und enthüllen schließlich eine bisher ungesehene kosmische Umgebung.

Update vom 3.8.2022: James Webb fängt "stellare Gymnastik" in der Cartwheel-Galaxie ein

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat einen Blick in das Chaos der Cartwheel-Galaxie geworfen und neue Details über die Sternentstehung und das zentrale Schwarze Loch der Galaxie enthüllt. Der leistungsstarke Infrarotblick des Webb-Teleskops lieferte dieses detaillierte Bild der Cartwheel-Galaxie und zweier kleinerer Begleitgalaxien vor dem Hintergrund vieler anderer Galaxien. Dieses Bild bietet einen neuen Blick darauf, wie sich die Cartwheel-Galaxie über Milliarden von Jahren verändert hat.

Die ersten 5 offiziellen Bilder des James Webb Teleskops finden Sie hier.

Die Cartwheel-Galaxie, die sich etwa 500 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Sculptor befindet, ist ein seltener Anblick. Ihr Aussehen, das dem eines Wagenrads ähnelt, ist das Ergebnis einer Hochgeschwindigkeitskollision zwischen einer großen Spiralgalaxie und einer kleineren Galaxie, die auf diesem Bild nicht sichtbar ist. Kollisionen galaktischen Ausmaßes verursachen eine Kaskade verschiedener, kleinerer Ereignisse zwischen den beteiligten Galaxien; das Wagenrad ist da keine Ausnahme.

Die Kollision hat vor allem die Form und Struktur der Galaxie verändert. Die Cartwheel-Galaxie weist zwei Ringe auf – einen hellen inneren Ring und einen umgebenden, farbigen Ring. Diese beiden Ringe dehnen sich vom Zentrum der Kollision nach außen aus, wie Wellen in einem Teich, nachdem ein Stein hineingeworfen wurde. Aufgrund dieser charakteristischen Merkmale bezeichnen die Astronomen diese Galaxie als "Ringgalaxie", eine Struktur, die seltener ist als Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße.

Der helle Kern enthält eine enorme Menge an heißem Staub, wobei die hellsten Bereiche die Heimat von gigantischen jungen Sternhaufen sind. Der äußere Ring hingegen, der sich seit etwa 440 Millionen Jahren ausdehnt, wird von Sternentstehung und Supernovae dominiert. Wenn sich dieser Ring ausdehnt, stößt er auf das umgebende Gas und löst die Sternentstehung aus.

Andere Teleskope, darunter das Hubble-Weltraumteleskop, haben das Cartwheel bereits untersucht. Aber die Galaxie war bisher von Geheimnissen umhüllt – vielleicht sogar buchstäblich, denn die Menge an Staub verdeckt die Sicht. Webb, das in der Lage ist, infrarotes Licht zu erfassen, gibt nun neue Einblicke in die Natur des Cartwheel.

Update vom 28.7: James-Webb-Weltraumteleskop übertrifft seinen eigenen Rekord

Der 12. Juli 2022 hat die Raumfahrt jetzt schon verändert – und das war erst der Anfang. Astronomen entdecken dank des Datenschatzes, den das James Webb Space Telescope (JWST) sammelt, jetzt reihenweise rekordverdächtig weit entfernte Galaxien. Darunter befinden sich mehrere Galaxien, die nur gut 200 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind – also vor etwa 13,6 Milliarden Jahren.

Vor dem Start des James-Webb-Weltraumteleskops war die am weitesten entfernte bestätigte bekannte Galaxie GN-z11, die Astronomen etwa 420 Millionen Jahre nach dem Urknall sahen, was ihr eine Rotverschiebung von 11,6 verleiht (die Rotverschiebung beschreibt, wie sehr das von einer Galaxie kommende Licht durch die Ausdehnung des Universums gestreckt wurde. Je höher die Rotverschiebung, desto weiter zurück in der Zeit sehen wir eine Galaxie.)

Wie space.com berichtet, meldeten bereits eine Woche nach der Veröffentlichung der ersten wissenschaftlichen Bilder von JWST Astronomen die Entdeckung von Galaxien mit der Rotverschiebung 13, was etwa 300 Millionen Jahren nach dem Urknall entspricht. Jetzt übertrifft eine neue Welle wissenschaftlicher Ergebnisse diesen Rekord: Einige Astronomen berichten von der Entdeckung von Galaxien bis zu einer Rotverschiebung von 20. Wenn das stimmt, dann sehen wir diese Galaxien so, wie sie etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Dabei handelt es sich jedoch um ein großes "Wenn": Zum jetzigen Zeitpunkt ist keiner dieser Werte für die Rotverschiebung bestätigt. Um die Entfernungen dieser Galaxien zu bestätigen, ist eine spektroskopische Analyse erforderlich, bei der das Licht eines Objekts in ein so genanntes Spektrum zerlegt wird. Diese Analyse wird erst zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Es scheint jedoch klar zu sein, dass JWST durchaus in der Lage ist, Galaxien aus dieser längst vergangenen Ära zu entdecken.

Mit welchen Techniken wurden die Galaxien entdeckt?

Die Galaxien wurden mit verschiedenen Techniken entdeckt. Astronomen unter der Leitung von Haojing Yan von der University of Missouri-Columbia nutzten die Gravitationslinse des Galaxienhaufens SMACS J0723, um 88 Galaxienkandidaten jenseits einer Rotverschiebung von 11 zu entdecken, darunter eine Handvoll mit einer geschätzten Rotverschiebung von 20. Bei einer Bestätigung wären diese Galaxien die mit Abstand am weitesten entfernten, die jemals entdeckt wurden. Aufgrund der kosmischen Expansion wären diese Galaxien heute über 35 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt.

In zwei weiteren Veröffentlichungen wird über die Entdeckung von Galaxien mit hoher Rotverschiebung in Bereichen des Himmels berichtet, in denen JWST einfach tiefe Aufnahmen gemacht hat, ohne dabei auf Gravitationslinsen zurückzugreifen. Diese Bilder sind Teil der Durchmusterung Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), die aus Aufnahmen von 10 Himmelsbereichen durch die Nahinfrarotkamera (NIRCam) von JWST besteht. Der Nahinfrarot-Spektrograf (NIRSpec) des JWST beteiligt sich an der Beobachtung von sechs dieser Flecken, während das Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) des Weltraumteleskops vier davon untersucht.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung des Doktoranden Callum Donnan von der Universität Edinburgh fand eine Kandidatengalaxie mit einer Rotverschiebung von 16,7, was nur 250 Millionen Jahre nach dem Urknall entspricht. Das Team fand außerdem fünf weitere Galaxien mit einer Rotverschiebung von mehr als 12, die alle den Rotverschiebungsrekord des JWST-Vorgängers und jetzigen Kollegen, des Hubble-Weltraumteleskops, übertreffen. Unterdessen entdeckte ein anderes Team unter der Leitung von Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin mit denselben Beobachtungen von CEERS eine Galaxie mit einer Rotverschiebung von 14,3, also 280 Millionen Jahre nach dem Urknall, die die Forscher nach Finkelsteins Tochter "Maisie's Galaxy" nannten.

Was sind kosmischen Babys?

Die Vielzahl der entdeckten Galaxien mit hoher Rotverschiebung kann als kosmische Babys bezeichnet werden. Diese Galaxien haben einen Durchmesser von nur etwa 1.000 Lichtjahren und enthalten nur einige zehn Millionen Sterne, während moderne Galaxien Hunderte von Milliarden von Sternen beherbergen können. Astronomen schätzen, dass die kosmischen Babys weniger als 100 Millionen Jahre alt sind, möglicherweise sogar erst 20 Millionen Jahre.

Die Wissenschaftler haben noch keine der allerersten Galaxien im Universum identifiziert, die möglicherweise bei Rotverschiebung 25 oder darüber liegen. Die neuen Entdeckungen stehen jedoch für Generationen von Galaxien, die kurz darauf folgten und die die Wissenschaftler in den frühen Stadien ihrer Entwicklung sehen.

Die Menge des ultravioletten Lichts (das in die längeren Wellenlängen des Infrarots umgeschichtet wurde, so dass es für JWST sichtbar ist) in Verbindung mit der Fülle an Galaxien mit hoher Rotverschiebung, die so früh in der Mission gefunden werden, lässt darauf schließen, dass es in der frühesten Geschichte des Universums viele Galaxien gab. Entgegen einiger Erwartungen könnte die Sternentstehungsrate allmählich abnehmen, je weiter wir in die Vergangenheit blicken, und nicht erst jenseits der Rotverschiebung 11 stark abfallen.
"Sollte die nachfolgende Spektroskopie [diese Rotverschiebungen] bestätigen, bedeutet dies, dass unser Universum bereits weniger als 300 Millionen Jahre nach dem Urknall von Galaxien bevölkert war", schreibt Finkelsteins Team in ihrer Arbeit.

Nachdem JWST diese starken Galaxienkandidaten in großer Entfernung entdeckt hat, stellt sich nun die Frage, wie weit zurück JWST sehen kann und ob es ausreichen wird, die allerersten Galaxien zu entdecken, die vielleicht nur 100 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Eine solche Entdeckung würde eine große Portion Glück erfordern, da sie auf zufällige Gravitationslinsen angewiesen wäre, um die ersten Galaxien ins Blickfeld zu bringen.

Update vom 13.7.2022 World Wide Telescope nimmt die Webb-Bilder in die Datenbank auf

Wer sich gefragt hat, wo sich am Nachthimmel die Bilder von gestern verstecken, dem sei das WorldWide Telescope (WWT) empfohlen. Das WWT ist ein virtuelles Teleskop für Astronomen, ein virtuelles Observatorium der Erde für Geoforscher und ein interaktives Lehr- und Lernwerkzeug für Wissenschaftspädagogen. Seit seiner Erstveröffentlichung Ende 2006 ist WWT laut Microsoft zu einem festen Bestandteil der Forschungsplattform vieler Wissenschaftler und zu einem unverzichtbaren Lehrplanbegleiter für viele Wissenschaftslehrer weltweit geworden.

Das WWT hat nach der gestrigen Veröffentlichung der fünf JWST-Bilder reagiert und in seine Datenbank aufgenommen. Durch eine angenehm zu bedienende Navigierleiste, führt das WWT einen schnell zu der entsprechenden (virtuellen) Himmelsstelle. Per Zoom kommt man dann zu den Bildern und bekommt deinen einen kleinen Eindruck, um welche unglaublichen Entfernungen es sich eigentlich handelt.

Ebenfalls im WWT zeigt Alyssa A. Goodman, Astronomie-Professorin in Harvard, die Unterschiede der bisherigen Aufnahmen gegenüber den Bildern, die das James-Webb-Weltraumteleskop geliefert hat: wo früher nur ein unscharfer Wust an leuchtenden Objekten zu sehen war, bietet das JWST ganz neue Einblicke in Sterne und Galaxien, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind.

Wie geht es nach den ersten Bildern weiter?

So faszinierend wie die Bilder aus dem All auch sind, sie stellen lediglich eine Vorschau auf das dar, was uns noch erwartet. Hubble beispielweise hat über Jahrzehnte immer wieder außergewöhnliche Bilder geliefert. Das soll auch beim JWST so sein. Natürlich sind die bunten Bilder vor allem für Laien und Hobbyastronomen interessant. Wissenschaftlter weltweit fiebern aber auch noch Spektren und Daten, die vielleicht nicht so schön aussehen, aber für die Forschung von höchsten Interesse sind.

Update 12.7.2022 16:45: James-Webb-Weltraumteleskop liefert Bilder

Kosten von etwa 10 Milliarden US-Dollar, rund 30 Jahre Entwicklungszeit und unzählige Personenstunden Arbeit. Heute, am 12.7. 2022, dürfen sich alle am Projekt Beteiligten über die Früchte ihrer Arbeit freuen: die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA veröffentlicht die ersten fünf offiziellen Bilder des Weltalls, die das James-Webb-Weltraumteleskop in den letzten Monaten aufgenommen hat. Was sich an dieser Stelle zeigte, auch bei einer Behörde wie der NASA, die ein Projekt wie James Webb auf die Beine gestellt hat, gab es ganz irdische Probleme, die viele aus dem Home Office: Probleme mit dem Ton, der Empfang des Gegenübers versagt und Verbindungsprobleme.

Rund um den Globus hatten sich Menschen versammelt, um gemeinsam den Live-Stream zur Veröffentlichung anzuschauen. Vorab hatte die NASA angekündigt, dass die Bilder den Carina-Nebel, den Riesenplanet WASP-96 b, den südlichen Ringnebel, die fünf Galaxien Stephans Quintett und den Galaxienhaufen SMACS 0723 zeigen werden. Letzterer war bereits im Preview zu sehen.

Wir sind fasziniert und wünsche Ihnen viel Spaß mit den Bildern. #GoWebb

Diese Bilder stellen den Auftakt einer neuen Zeitrechnung in der Weltraumforschung dar. Sie ermöglichen einen bisher unmöglichen Einblick in die Geschichte des Universums. Verständlicherweise rief das auch in den sozialen Netzwerken aber auch bei Google entsprechende Reaktionen hervor. Wir haben einige davon gesammelt – weitere werden folgen.

Update zu den ersten Bildern von James Webb vom 12.7.2022

„Das erste Bild des Webb-Weltraumteleskops ist ein historischer Moment für Wissenschaft und Technik. Für die Astronomie und die Erforschung des Weltraums. Und für Amerika und die gesamte Menschheit.“ Mit diesen Worten kommentiert US-Präsident Joe Biden die ersten Bilder des James-Webb-Teleskops (JWST). Das am 11.7.2022 veröffentlichte Bild von Webb zeigt tausende von Galaxien – darunter die schwächsten Objekte, die jemals im Infraroten beobachtet wurden. Aufgenommen hat das Teleskop den Galaxienhaufen SMACS 0723, wie er vor 4,6 Milliarden Jahren erschien. Die kombinierte Masse dieses Galaxienhaufens wirkt wie eine Gravitationslinse, die weit entfernte Galaxien dahinter vergrößert. Das beeindruckende Bild wurde von Webbs Nahinfrarotkamera (NIRCam) aufgenommen und besteht aus Einzel-Bildern mit verschiedenen Wellenlängen. Die Aufnahme benötigte 12,5 Stunden – beim Vergleich mit dem Vorgänger Hubble ist das kurz, da es für eine ähnliche Aufnahme zwei Wochen brauchte – in schlechterer Qualität.

Die NIRCam von Webb hat diese entfernten Galaxien in den scharfen Fokus gerückt – sie weisen winzige, schwache Strukturen auf, die nie zuvor gesehen wurden, darunter Sternhaufen und diffuse Erscheinungen. Schon bald werden die Forscher mehr über die Masse, das Alter, die Geschichte und die Zusammensetzung der Galaxien erfahren, denn Webb ist auf der Suche nach den ältesten Galaxien im Universum.

„Unser Blick auf das Universum wird sich auf jeden Fall ändern.“ Wenn es um die bevorstehenden ersten Bilder des James-Webb-Weltraumteleskops am 12. Juli 2022 geht, spart Dr. Kenneth Sembach, Direktor des Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, nicht mit großen Worten. „Es wird ein Universum geben, dass wir vor Webb kannten und eines danach." Und Sembach muss es wissen, denn er leitet mit dem STScI das Operationszentrum für die Mission. Auch die ehemalige Astronautin und Nummer 2 der NASA, Pamela Melroy, schürt die Vorfreude: „Was ich gesehen habe, hat mich berührt, als Wissenschaftler, als Ingenieur, und als Mensch.“ Dabei ist die Erwartungshaltung zurecht hoch, haben alle beteiligten Partner mit dem James Webb Space Telescope (JWST) ein Meisterwerk an Ingenieurskunst geschaffen. So lässt sich mit den Instrumenten an Bord die Wärmesignatur einer Hummel erkennen – die auf dem Mond fliegt.

Wann veröffentlicht die NASA die ersten Bilder vom James-Webb-Weltraumteleskop?

Am Montag, den 11. Juli um 5.00 pm Eastern Time (21:00 UTC) – also um 23.00 in Deutschland (MEZ) –, wird US-Präsident Joe Biden eines der ersten Bilder des Weltraumteleskops aus den Tiefen des Weltraums enthüllen. Einen Live-Stream dazu gibt es bei NASA-TV.  Dies ist jedoch nur eine Vorschau auf das, was noch kommt.

Die ersten "richtigen" Bilder gibt es am Dienstag, den 12. Juli, um 10:30 Uhr Eastern Daylight Time (EDT) (14:30 UTC) – also 16:30 hierzulande. Dann wird die NASA in Zusammenarbeit mit der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumorganisation) die ersten Farbbilder und spektroskopischen Daten des James-Webb-Weltraumteleskops im Rahmen einer Fernsehübertragung veröffentlichen, die am Dienstag, den 12. Juli, um 10:30 Uhr EDT (14:30 UTC/15:30 MEZ) vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, beginnt.

Die Redaktion von all-electronics hält Sie an dieser Stelle auf dem Laufenden.

Was wird auf den ersten Bilder von James Webb zu sehen sein?

Um die neugierige Masse nicht komplett im Dunkeln tappen zu lassen, hat die NASA vorab die Orte im Universum genannt, von denen es Bilder geben wird. Die aufgeführten Ziele stellen den ersten Schub von wissenschaftlichen Vollfarbbildern und Spektren dar, die das Observatorium gesammelt hat. Sie stellen den offiziellen Beginn des allgemeinen wissenschaftlichen Betriebs von Webb dar. Ausgewählt wurden sie von einem internationalen Komitee aus Vertretern der NASA, ESA, CSA und des Space Telescope Science Institute.

• Carina-Nebel. Der Carina-Nebel ist einer der größten und hellsten Nebel am Himmel und befindet sich in etwa 7.600 Lichtjahren Entfernung im südlichen Sternbild Carina. Nebel sind stellare Kinderstuben, in denen sich Sterne bilden. Der Carina-Nebel beherbergt viele massereiche Sterne, die um ein Vielfaches größer sind als die Sonne.
• WASP-96 b (Spektrum). WASP-96 b ist ein Riesenplanet außerhalb unseres Sonnensystems, der hauptsächlich aus Gas besteht. Der Planet, der fast 1.150 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, umkreist seinen Stern alle 3,4 Tage. Er hat etwa die Hälfte der Masse des Jupiters und seine Entdeckung wurde 2014 bekannt gegeben.
• Südlicher Ringnebel. Der Südliche Ringnebel oder "Eight-Burst"-Nebel ist ein planetarischer Nebel – eine expandierende Gaswolke, die einen sterbenden Stern umgibt. Er hat einen Durchmesser von fast einem halben Lichtjahr und ist etwa 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.
• Stephans Quintett: Das etwa 290 Millionen Lichtjahre entfernte Stephans Quintett befindet sich im Sternbild Pegasus. Es ist die erste kompakte Galaxiengruppe, die im Jahr 1877 entdeckt wurde. Vier der fünf Galaxien innerhalb des Quintetts sind in einen kosmischen Tanz wiederholter enger Begegnungen verwickelt.
• SMACS 0723: Massive Galaxienhaufen im Vordergrund vergrößern und verzerren das Licht der dahinter liegenden Objekte und ermöglichen so einen tiefen Einblick sowohl in die extrem weit entfernten als auch in die sehr schwachen Galaxienpopulationen.

Was leistet das James-Webb-Weltraumteleskop?

Das Weltraumteleskop James Webb soll uns in den nächsten Jahren helfen, viele grundlegende Fragen zu beantworten, deren Antworten in den Weiten des Universums schlummern. Doch die Beobachtungszeit ist heftig umworben; Hunderte Forschende haben sich eingetragen, allerdings bekommen nur wenig den Zuschlag.

Zum technischen Hintergrund: 10-Milliarden-Dollar-Zeitmaschine. Dieser Spitzname für das Weltraumteleskop lässt bereits eine Aufgabe erahnen. Aufgrund seiner Empfindlichkeit für längere Wellenlängen kann Webb Licht von vor 13,5 Milliarden Jahren empfangen und somit einen Blick in die Vergangenheit werfen, in der sich die ersten Sterne und Galaxien gebildet haben. Hintergrund ist, dass die Wellenlänge bestimmt, welche Dinge ein Teleskop beobachten kann. Die Faustregel lautet: Je größer die Wellenlänge – oder je weiter im Roten – desto älter sind die beobachteten Objekte. Dabei ist die Rotverschiebung zu beachten, welche die Verschiebung von Spektrallinien hin zu größeren Wellenlängen bezeichnet. Handelt es sich hierbei um Wellenlängen des sichtbaren Lichtes, dann bedeutet ihre Vergrößerung, dass sie näher an den Spektalbereich rücken, der von Menschen als rotes Licht wahrgenommen wird. Das James-Webb-Teleskop untersucht Wellenlängen von 0,6 bis 28 µm, das heißt vom roten Teil des sichtbaren Licht (dieses reicht insgesamt von 0,38 bis 0,78 µm) bis in das mittlere Infrarot (dieses reicht insgesamt von 0,78 bis 1000 µm).

Die US-amerikanische Astrophysikerin Jeyhan Kartaltepe will diese Möglichkeiten beispielsweise für ihr Vorhaben, den Cosmos Webb Survey, nutzen. Kartaltepe wird versuchen, eine Karte des Universums zu einem besonderen Zeitpunkt zu erstellen, zum Beginn der Re-Ionisationsepoche. Nach dem Urknall war das Universum zunächst voller heißer Ionen, wie im Innern der Sonne. Nach dem Abkühlen lag sämtliche Materie – so der Forschungsstand – ungeladen vor. Allerdings gab es noch keine Objekte, die genug Energie gehabt hätten, um Licht auszusenden. Forschende sprechen vom Dunklen Zeitalter (Dark Ages). Dieses wurde durch die Re-Ionisation beendet: Unter dem Einfluss der Gravitation hatten sich erstmals Sterne und Galaxien gebildet, die Licht ausgesendet haben – und genau dieses will Kartaltepe einfangen. „Wir wissen, dass es passiert ist, aber wir wissen nicht genau wann“, sagt die Astrophysikerin. Sie geht davon aus, dass die Re-Ionisation zuerst in wenigen Fleckchen geschah, während der Rest des Universums noch schwarz und undurchsichtig war. Diese Regionen will sie in einer Karte eintragen.

Auch ein Projekt aus Deutschland, hat sich der Erforschung des Weltalls verschrieben. Laura Kreidberg, Astrophysikerin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, geht der Frage nach „Können Felsplaneten, die um Rote Zwerge kreisen, ihre Atmosphären behalten?“ Dafür misst James Webb Infrarot- und damit Wärmestrahlung als entscheidendes Diagnosewerkzeug. Planeten ohne Atmosphäre haben eine extrem heiße Tag- und eine klirrend kalte Nachtseite. Auf Planeten mit Atmosphäre hingegen ist die Temperaturverteilung deutlich homogener. Daraus kann Kreidberg im Idealfall auf das Vorhandensein einer Atmosphäre schließen. Zusätzlich ist James Webb mit einem Filter ausgestattet, der für die Detektion der CO₂-Spektrallinie bei 15 μm (Mikrometer) optimiert ist. Warum Kohlendioxid? CO₂ ist ein Produkt von eventuell vorhandenem Vulkanismus. Hinzu kommt: Das Molekül ist schwer. „Wasser würde ins All entkommen, aber Kohlendioxid hält sich womöglich am Planeten“, sagte Kreidberg gegenüber VDI-Nachrichten.

Schutz vor Strahlung und Co.: Wie Elektronik fit fürs Weltall wird

Natürlich steckt das James-Webb-Teleskop voller Elektronik. Die Anforderungen dabei sind extrem hoch: klein, leicht und vor allem strahlungsfest muss sie sein. Um Zeit, Kosten und Risiken bei der Entwicklung raumfahrttauglicher Systeme zu verringern, können Entwickler mit COTS-Bauelementen (Commercial-Off-The-Shelf) beginnen, die später durch ihre weltraumqualifizierten Versionen ersetzt werden. Dies sind strahlungstolerante äquivalente Bauelemente, untergebracht in Kunststoff- oder Keramikgehäusen mit der gleichen Pinbelegung. Außerdem treiben New-Space-Entwicklungen die Entwicklung von Elektronik für den Weltraumeinsatz voran.