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© NASA, ESA, CSA, STScI

Das „James Webb“-Teleskop liefert bereits in seinen ersten Wochen ab: Das Teleskop hat die bisher älteste Galaxie entdeckt – und blickt tief ins Universum.

Baltimore – Die ersten Bilder des „James Webb“-Weltraumteleskops, das von den Raumfahrtorganisationen Nasa, Esa und CSA betrieben wird, haben die Welt verblüfft. In den Bildern verstecken sich zahlreiche Überraschungen für Betrachtende, die zeigen, dass das Teleskop die Astronomie revolutionieren kann. Nun beginnt der Alltag mit dem „James Webb“-Teleskop – die ersten Studien sind bereits erschienen und zeigen, wozu das 10 Milliarden US-Dollar teure Teleskop in der Lage ist.

„James Webb“ soll unter anderem das frühe Universum untersuchen und mit Beobachtungen so weit wie möglich in die Vergangenheit blicken. Der Urknall war vor 13,8 Milliarden Jahren – „Webb“ soll mit seinen Beobachtungen möglichst nah an dieses Ereignis herankommen. Das ist offenbar bereits mit den ersten Aufnahmen gelungen, wie eine noch nicht von Fachleuten geprüfte Studie zeigt, die auf dem Preprint-Server ArXiv veröffentlicht wurde. „Webb“ hat demnach eine Galaxie (GLASS-z13) entdeckt, die 13,5 Milliarden Jahre alt ist. Wird der Fund bestätigt, ist sie das älteste und am weitesten entfernte jemals beobachtete Sternensystem im Weltall. Die Galaxie GLASS-z13 ist nach Angaben der Studienautorinnen und -autoren rund 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden.

„James Webb“-Teleskop entdeckt älteste Galaxie – Blick zurück bis fast zum Urknall

Die neu entdeckte Galaxie ist für die Forschenden jedoch nicht nur wegen ihres Alters spannend. GLASS-z13 gibt den Forschenden einen Einblick in die ersten hunderte Millionen Jahre nach dem Urknall – „die letzte große unerforschte Epoche in der Geschichte des Universums“, wie die Forschenden um Rohan Naidu vom Zentrum für Astrophysik der US-Eliteuniversität Harvard in der Studie schreiben. Aus dieser Zeit war bisher nur eine Galaxie bekannt: 2016 entdeckte das Weltraumteleskop „Hubble“ die etwa 13,4 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie GN-Z11 – bisher der Rekordhalter als älteste bekannte Galaxie.

Diese Überraschungen verbergen sich in den Bildern des „James Webb“-Teleskops

Das erste Bild des „James Webb“-Teleskops, das vorgestellt wurde: Ein sogenanntes Deep Field, auf dem hunderte oder gar tausende Galaxien zu sehen sind. Dank eines Mikrolensing-Effekts (die Schwerkraft eines Galaxienhaufens im Vordergrund vergrößert Galaxien im Hintergrund) kann „Webb“ so sehr alte Galaxien ablichten. Die älteste bisher auf dem Bild entdeckte Galaxie ist 13,1 Milliarden Lichtjahre entfernt.

Das Spektrum des Exoplaneten Wasp-69b, das mithilfe von Daten des „James Webb“-Weltraumteleskops erstellt wurde, zeigt eindeutig: In der Atmosphäre des Gasplaneten gibt es Wassermoleküle, außerdem können Forschende die Anwesenheit von Wolken aus der Kurve herauslesen.

Astronominnen und Astronomen staunen über röhrenförmige Strukturen im Carinanebel (rot markiert). Was hat das „James Webb“-Teleskop hier fotografiert?

Tatsächlich liefert das „James Webb“-Weltraumteleskop nicht nur wunderschöne Bilder aus den Tiefen des Weltraums, sondern für die Forschung auch zahlreiche Daten. Im Fall des „Deep Field“-Bildes wurden etwa bereits die ersten Galaxien ausgewertet. Das Spektrum zeigt, welche Elemente „Webb“ in einer 13,1 Milliarden Jahre alten Galaxie gefunden hat.

Auch das supermassereiche schwarze Loch, das sich in einer der Galaxien von Stephan‘s Quintett versteckt, hat „Webb“ genauer untersucht. Die Grafik zeigt die Zusammensetzung des Gases rund um das schwarze Loch.

Mithilfe von „Webb“ können die Forschenden einige der ältesten jemals beobachteten Galaxien analysieren.

„Webb“ hat außerdem eine weitere, 13,4 Milliarden Jahre alte, Galaxie entdeckt – damit stehen den Forschenden nun gleich drei sehr alte Galaxien aus der Frühzeit des Universums zur Erforschung zur Verfügung. Und die beiden Neuentdeckungen werfen bereits ganz neue Fragen auf: Gängige Modelle sagen eigentlich vorher, dass solche alten Galaxien selten, klein und dunkel sind. Allerdings sind GLASS-z13 und GLASS-z11 überraschend hell – das Forschungsteam um Naidu beschreibt sie schon im Titel ihrer Studie als „auffallend leuchtend“.

„James Webb“-Weltraumteleskop blickt tief ins Universum und in die Vergangenheit

Dazu kommt, dass die Forschenden eigentlich erst einen winzigen Ausschnitt des Himmels abgesucht haben – und trotzdem bereits drei sehr alte Galaxien gefunden haben. Laut den gängigen Modellen sollte man erst nach dem Durchsuchen eines zehnmal größeren Gebiets so viele alte, helle Galaxien finden. „‘Webb‘-Beobachtungen können relativ helle Galaxien zu viel früheren Zeitpunkten identifizieren, als man vielleicht erwartet hätte“, schreiben die Forschenden.

Von „James Webb“ entdeckte Galaxien sind klein und einfach aufgebaut

Abgesehen von ihrer Leuchtkraft und ihrer Anzahl stimmen die beiden neu entdeckten Galaxien größtenteils mit den Erwartungen der Astrophysik überein: Sie sind im Vergleich mit der Milchstraße klein und scheinen relativ einfache Strukturen zu haben. Die älteste Galaxie GLASS-z13 hat eine Breite von etwa 1600 Lichtjahren, GLASS-z11 ist etwa 2300 Lichtjahre breit – die Milchstraße im Vergleich dazu breitet sich über 100.000 Lichtjahre aus. GLASS-z11 scheint eine scheibenförmige Galaxie ohne Spiralarme zu sein – genau wie es die Forschung von den ältesten Galaxien im Universum erwartet hat.

„James Webb“ vs. „Hubble“ – Die Bilder der Weltraumteleskope im Vergleich

Der Galaxienhaufen SMACS 0723, fotografiert vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Im Vergleich zum „Webb“-Bild sind zwar die Strukturen zu erahnen, doch das neue Bild des „James Webb“-Weltraumteleskops blickt viel tiefer hinein ins Universum.

Der Carinanebel (NGC 3372) ist einer der größten und hellsten Nebel, etwa 7600 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild „Kiel des Schiffs“ (Carina). Der Nebel ist eine Sternengeburtsstätte, dort gibt es zahlreiche massereiche Sterne, die mehrere Male größer als die Sonne sind. Das Nasa-Weltraumteleskop „Hubble“ hat den Carinanebel beispielsweise im Jahr 2007 fotografiert.

Die Sternentstehungsregion Carinanebel im Blick des „James Webb“-Weltraumteleskops. Sehr auffällig ist der höhere Kontrast, der Detailreichtum und auch hier die Galaxien, die überall im Hintergrund zu sehen sind.

Die Formation Stephan‘s Quintett besteht aus fünf Galaxien im Sternbild Pegasus. Vier der fünf Galaxien (rechts) sind in einem kosmischen Tanz sich wiederholender naher Begegnungen miteinander verbunden. Entdeckt wurde die Gruppe 1877. Die helle blau-rote Galaxie (NGC 7320) befindet sich im Vordergrund, die anderen vier Galaxien (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B und NGC 7319) befinden sich dahinter. „Hubble“ beobachtete die Galaxiengruppe 2009.

Die „Webb“-Version der Formation „Stephan‘s Quintett“. Auch hier liefert das neue Weltraumteleskop neue Einblicke, neue Daten und zeigt im Hintergrund zahlreiche Galaxien, die nie zuvor beobachtet wurden.

NGC 3132 (Südlicher Ringnebel) ist ein planetarischer Nebel, der einen sterbenden Stern umgibt. Er ist etwa 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt, sein Durchmesser beträgt etwa ein halbes Lichtjahr. „Hubble“ hat diesen Nebel im Jahr 1998 abgelichtet.

Dieses Bild, das „Webb“ vom südlichen Ringnebel aufgenommen hat, wurde mit Daten des Instruments „MIRI“ (Mid-Infrared Instrument“) erstellt.

Der südliche Ringnebel wurde vom „Webb“-Teleskop aufgenommen. In diesem Fall vom Instrument „NIRCam“ (Near-Infrared Camera). Zu sehen sind extreme Details – neben und hinter dem planetarischen Nebel sind außerdem Galaxien zu sehen.

Den Exoplaneten WASP-96 b hatte das „Hubble“-Weltraumteleskop bisher nicht im Visier. Der Exoplanet besteht hauptsächlich aus Gas. Er ist etwa 1150 Lichtjahre von der Erde entfernt und umkreist seinen Stern etwa alle 3,4 Tage. Er hat etwa die Hälfte der Masse von Jupiter und wurde 2014 entdeckt. (Künstlerischer Darstellung)

Das „James Webb“-Weltraumteleskop hat herausgefunden, wie die Atmosphäre des Exoplaneten WASP-69 b zusammengesetzt ist. Obwohl es ein sehr heißer Planet ist, hat „Webb“ Wasserdampf sowie Hinweise auf Wolken und Dunst gefunden.

Weitere Daten des „James Webb“-Weltraumteleskops müssen nun zeigen, ob die beiden neu entdeckten Galaxien tatsächlich so alt sind, wie die Forschenden annehmen. Sollten die Forschenden um Naidu recht haben, werden die Galaxien sicherlich bald in den Fokus der Forschung rücken. (tab)