Warum revolutioniert das James-Webb-Auge die Astrophysik?

Es segelt 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, kühl im Schatten unseres Planeten, und richtet seinen Spiegel in Form einer Blumenkrone in die Tiefen des Kosmos. Das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) ist das leistungsstärkste, das jemals in die Umlaufbahn gebracht wurde. Es wurde oft als Nachfolger von Hubble dargestellt, zu dem es in Wirklichkeit eher eine Ergänzung ist. Tatsächlich scannt Letzteres das Universum hauptsächlich im sichtbaren Licht, ein wenig im Infraroten und Ultraviolett, während das JWST nur Augen für infrarote, elektromagnetische Strahlung mit einer für den Menschen unsichtbaren Wellenlänge hat.

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Schon bei seinen ersten Beobachtungen zeigte James-Webb das enorme Ausmaß seiner Möglichkeiten. Sein erstes Tiefenfeld übertraf schnell die bereits außergewöhnlichen des Hubble-Feldes. Dank dieser unglaublichen Maschine würden Astronomen und Astrophysiker viel mehr lernen.

Es gibt vor allem drei Bereiche, in denen uns dieses optische und technologische Juwel voranbringt: die Beobachtung der ersten Galaxien im Universum, die Entstehung von Sternen und Planeten sowie lebensfähige Exoplaneten. Erinnern wir uns hier daran, dass ein Blick weit in das Universum auch einen Blick weit in seine Vergangenheit bedeutet, da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist (ungefähr 300.000 km/s im Vakuum).

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Ende 2023 entdeckt James-Webb das älteste bekannte supermassereiche Schwarze Loch!

GN Z 11, diese Galaxie aus den frühesten Zeiten des Universums, war dank Hubble bekannt, aber wir hatten nur wenige Informationen darüber. James-Webb ermöglichte es, die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs mit etwa 1,6 Millionen Sonnenmassen hervorzuheben, und zwar nur 440 Millionen Jahre nach dem Urknall, was sehr früh ist. Die Masse dieser Galaxie ist sicherlich 100-mal geringer als die unserer Milchstraße, aber nach unseren theoretischen Modellen ist sie bereits zu massiv…

Kurz darauf wurde der Rekord für die älteste Galaxie – oder jünger, wenn wir in die Vergangenheit zurückblättern – gebrochen: nur 285 Millionen Jahre nach dem Urknall. Es ist JADES-GZ-14-0. Von da an wurde völlig klar, dass dieses neue Teleskop weit mehr hält, als es verspricht, es bringt uns dorthin, wo wir noch nie zuvor geschaut haben! Die Kosmologie würde wie nie zuvor voranschreiten und unser Wissen über die Entstehung und Entwicklung von Galaxien würde die Grenzen des Urknalls erreichen.

Die Entstehung von Sternen vor unseren Augen, ohne Schleier

Protosterne sind großartig, aber von Staub umgeben, den unser menschliches Auge nur schwer durchdringen kann. Genau genommen ignoriert das von James-Webb eingefangene Infrarotlicht diesen dunklen Staub problemlos. Das Bild von L1527, einem erst 100.000 Jahre alten Stern, der sich immer noch stabilisiert, raubte Wissenschaftlern und der breiten Öffentlichkeit den Atem.

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Dies ist ein Herbig-Haro-Objekt, ebenfalls ein Stern im Frühstadium. Großartig, nicht wahr?

Das JWST ermöglicht es sogar, in Nebeln zu „suchen“, um Moleküle, die Entstehung protoplanetarer Scheiben (also junge Sonnensysteme) und die Rolle von Sternen mit ihrer Strahlung aufzuspüren. Hier ermöglichte das JWST die Erkennung des Methylkations (CH₃⁺), ein Molekül, das als wesentlich für die Entstehung außerirdischen Kohlenstofflebens gilt.

Atmosphären, Atmosphären?

Und das ist noch nicht alles. James-Webb untersucht auch Exoplaneten, die nicht allzu weit von uns entfernt sind, auf der Suche nach einem potenziellen Ort für Leben, wofür dieses Weltraumteleskop ursprünglich gar nicht gedacht war. Dazu nutzen seine Instrumente Sternenlicht, das von der Atmosphäre von Planeten gefiltert wird, die sich Lichtjahre von der Erde entfernt befinden. Dies wird als Absorptionsspektrum bezeichnet, das es uns ermöglicht, die in der Atmosphäre (dem Himmel) eines Exoplaneten vorhandenen Moleküle und Atome detailliert darzustellen und so festzustellen, ob dort etwas Lebendiges atmen könnte. Hier ist ein Beispiel eines Spektrums auf der Atmosphäre eines Gasplaneten, der James-Webb erkennt dort beispielsweise Wasser (H₂O).

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Die bemerkenswertesten Ergebnisse von JWST in diesem Bereich sind vielleicht diejenigen, die rund um die Trappisten-Exoplaneten erwartet werden, und die der Atmosphäre von LHS-1140b, einem Ozean-Exoplaneten, der wahrscheinlich eine stickstoffhaltige Atmosphäre wie die Erde hat.

Zusammenfassend bringt uns das James-Webb-Teleskop in fast allen Bereichen der Astronomie und Astrophysik voran. Professionelle Astronomen warten Monate, bevor sie sich ein paar wertvolle Plätze sichern, um sie zu nutzen und ihre Entdeckungen zu bestaunen. Das JWST-Epos ist also noch lange nicht vorbei.

Zum Abschluss noch ein paar kleine visuelle Perlen von James-Webb.

Familienporträt der Gasplaneten des Sonnensystems:

Eine unglaubliche Sternentstehungszone namens Rho Ophiucci (Sternbild Schlange):

Und schließlich der Krebsnebel, der durch eine Supernova vom Typ 2 (eine massive Sternexplosion) entstanden ist. Der zentrale, bläuliche Torus ist auf die Anwesenheit eines sehr schnell pulsierenden Neutronensterns (Pulsar) zurückzuführen. Dieser Stern explodierte im Jahr 1054.

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