Direkt zum Inhalt

James Webb Space Telescope: Der Urknall, das Universum und der ganze kosmische Rest

Das JWST blickt tiefer und schärfer ins All als je ein Teleskop zuvor. Schon die ersten Bilder waren spektakulär. Sie nehmen uns mit auf eine Reise in die Vergangenheit und die Zukunft des Kosmos.
Die 500 Millionen Lichtjahre entfernte Wagenrad-Galaxie
Diese Aufnahme des James Webb Space Teleskops von der Wagenrad-Galaxie und ihren Begleitgalaxien ist eine Zusammenstellung aus Bildern der Nahinfrarot-Kamera und des Mittelinfrarot-Instruments.
  • Seit dem 25. Dezember 2021 ist das James Webb Space Telescope – kurz JWST – im All unterwegs.
  • Am 12. Juli 2022 präsentierten die Beteiligten die ersten Bilder des Weltraumteleskops der Superlative. Darunter den tiefsten Blick ins Universum, der bislang aufgenommen wurde.
  • Mit Hilfe der Bilder des JWST wollen Astrophysikerinnen und Astrophysiker erstmals Einblicke in das dunkle Zeitalter des Universums bekommen, bewohnbare Exoplaneten studieren und bisher unbekannte Erscheinungen im Kosmos entdecken.
  • Die amerikanische Weltraumbehörde NASA, die Europäische Weltraumorganisation ESA und die kanadische Weltraumorganisation CSA arbeiten gemeinsam an der Mission.
  • In diesem Slowblog informieren wir ab sofort über die Technik und berichten über die wesentlichen Ereignisse und Erkenntnisse der Mission.
Katharina Menne
Katharina Menne
Ein bisschen Spaß muss sein? Der französische Physiker und Wissenschaftsphilosoph Etienne Klein hat sich einen Scherz erlaubt und eine vermeintliche neue Aufnahme des James Webb Teleskops über Twitter verbreitet. Auf den ersten Blick sieht man einen Feuerball mit leuchtenden Flecken vor rabenschwarzem Hintergrund. Er schrieb dazu: »Foto von Proxima Centauri, dem sonnennächsten Stern, etwa 4,2 Lichtjahre von uns entfernt. Es wurde vom JWST aufgenommen. Dieser Detaillierungsgrad … Tag für Tag offenbart sich eine neue Welt.« Bei genauerem Hinsehen entpuppt sich die vermeintliche Sensation jedoch als Scheibe einer Chorizo-Wurst. Auf Twitter entschuldigte sich Klein am Mittwoch bei allen, die er in die Irre geführt hatte. Er habe mit seinem Post zur Vorsicht vor Bildern anregen wollen, die »für sich selbst sprechend erscheinen«. 
Katharina Menne
Katharina Menne
Der neuste Tweet der NASA beginnt mit einem Kalauer: Es sei »Zeit, das Rad neu zu erfinden«. Denn das James Webb Space Telescope hat mit seinem leistungsstarken Infrarotblick ein extrem detailreiches Bild der 500 Millionen Lichtjahre entfernten Wagenrad-Galaxie aufgenommen. Erstmals wird sichtbar, was sich hinter Staub und anderen störenden Objekten verbirgt, die dem Hubble-Teleskop bislang den Blick ins Innere der Galaxie versperrten. Es ist ein Blick in die Vergangenheit und die Zukunft der Galaxie.
 
Die hochauflösenden Infrarot-Instrumente des JWST haben es geschafft, einzelne Sterne und Sternentstehungsgebiete innerhalb der Wagenrad-Galaxie sichtbar zu machen und das Verhalten des Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum offenzulegen. Diese Details ermöglichen ein neues Verständnis einer Galaxie, die sich mitten in einer langsamen Transformation befindet. Ihr Aussehen, das dem eines Wagenrads ähnelt, ist das Ergebnis einer Hochgeschwindigkeitskollision zwischen einer großen Spiralgalaxie und einer kleineren Galaxie, die durch ihr Zentrum raste.
 
Diese Kollision hat vor allem die Form und Struktur der Galaxie verändert. Die Schwerkraft der kleinen Galaxie zog die Sterne und das Gas des Wagenrads zur Mitte hin. Deshalb besteht sie nun aus zwei Ringen – einem hellen inneren Ring und einem 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 Astronomen den Galaxietyp als »Ringgalaxie«. Da solche Kollisionen nicht oft vorkommen, sind Ringgalaxien viel seltener als Spiralgalaxien, wie unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, eine ist. 
 
Der helle Kern des Wagenrads enthält eine enorme Menge an heißem Staub. Die fast weißen Bereiche darin sind Ansammlungen junger Sterne. Der äußere Ring, der sich seit etwa 440 Millionen Jahren ausbreitet, wird dominiert von Supernovae und neugeborenen Sternen. Der sich ausdehnende Ring stößt auf das umgebende Gas und löst so die Entstehung neuer Sterne aus.
 
Die Nahinfrarotkamera (NIRCam), der primäre Bildgeber des JWST, konnte im Nahinfrarotbereich von 0,6 bis 5 Mikrometern bisher unbekannte junge Sterne sichtbar machen. Das Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) hat zusätzlich Regionen enthüllt, die reich an Kohlenwasserstoffen und anderen chemischen Verbindungen sowie an Silikatstaub sind, ähnlich dem Staub auf der Erde. 
Diese Aufnahme des James Webb Space Teleskops von der Wagenrad-Galaxie und ihren Begleitgalaxien ist eine Zusammenstellung aus Bildern der Nahinfrarot-Kamera und des Mittelinfrarot-Instruments.
Diese Aufnahme des James Webb Space Teleskops von der Wagenrad-Galaxie und ihren Begleitgalaxien ist eine Zusammenstellung aus Bildern der Nahinfrarot-Kamera und des Mittelinfrarot-Instruments. Foto: NASA, ESA, CSA, STScI
Lars Fischer
Lars Fischer
Neben den vor einer Woche präsentierten Bildern hatte das JWST bereits eine ganze Menge anderer Daten gesammelt – und in diesen fanden Fachleute die kleinen rötlichen Flecken, die mutmaßlich die neuen Rekordhalter zeigen. Aber woher wissen wir eigentlich, wie weit GLASS-z13 und ähnlich alte Galaxien tatsächlich weg sind? 

Zum einen ist die Galaxie durch die kosmische Expansion sehr stark rotverschoben. Das Licht wird gedehnt und so immer langwelliger. Und je röter eine Galaxie, desto weiter ist sie weg. Allerdings weiß man damit noch nicht genau, wie weit das gute Stück genau entfernt ist – vielleicht ist diese Galaxie ja einfach von Natur aus röter als alle anderen? 

Man unterscheidet das mit Hilfe eines charakteristischen Merkmals, das im Spektrum jeder Galaxie auftaucht – nämlich einem starken Helligkeitsabfall jenseits einer bestimmten Wellenlänge. Bei kürzeren Wellenlänge als den Lyman-α-Linien des neutralen Wasserstoffs absorbiert das interstellare Gas fast die gesamte Strahlung, so dass eine Art »Abbruchkante« im Lichtspektrum der Galaxie entsteht. Und egal wie stark das Licht einer Galaxie rotverschoben ist, die Kante bleibt erkennbar. Und da man genau weiß, bei welcher Wellenlänge die Kante ursprünglich war, kann man auf diese Weise auch relativ präzise messen, wie stark das Licht rotverschoben ist.
Katharina Menne
Katharina Menne
Das James-Webb-Teleskop hat möglicherweise weitere Rekorde gebrochen und eine Galaxie entdeckt, die existierte, als das Universum gerade einmal 300 Millionen Jahre alt war! Das Licht von GLASS-z13 brauchte 13,4 Milliarden Jahre, um zu uns zu gelangen, aber die Entfernung zwischen uns beträgt jetzt aufgrund der Ausdehnung des Universums 33 Milliarden Lichtjahre. Die zuvor älteste identifizierte Galaxie, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop entdeckt wurde, heißt GN-z11 und entstand 400 Millionen Jahre nach der Geburt des Universums. Die Studie zu GLASS-z13 ist bislang nur als noch nicht begutachteter Artikel auf dem Preprint-Server Arxiv einzusehen.
Lars Fischer
Lars Fischer
Einst revolutionierte das Hubble-Weltraumteleskop mit seinen spektakulären Aufnahmen das Bild des Weltalls. Nun zeigt der Nachfolger, was er kann: das JWST bildet das Universum schärfer und lichtstärker ab und enthüllt schon am ersten Tag zuvor nie gesehene Strukturen.
Daniela Mocker
Daniela Mocker
Die Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Astronomie auf dem Heidelberger Königstuhl sind direkt am JWST beteiligt, unter anderem am Instrument MIRI für das mittlere Infrarot. Was ist auf den ersten Bilder des Teleskops zu sehen – und was bedeuten sie für die Forschung? Das und noch viel mehr erklären sie am 12. Juli ab 20 Uhr im Haus der Astronomie. 

Es gibt keine freien Plätze mehr vor Ort, aber die Veranstaltung gibt‘s im Livestream:
Daniela Mocker
Daniela Mocker
Carinanebel NGC 3372
Carinanebel NGC 3372. Credit: NASA, ESA, CSA und STScI
Das letzte Bild, das die Forscherinnen und Forscher heute vorstellen durften, zeigt den Carinanebel NGC 3372, eine Sternengeburtsstätte. Der Nebel liegt rund 7600 Lichtjahre von uns entfernt. Die hohe Auflösung des JWST lässt ihn wie eine zerklüftete Felslandschaft wirken. Das Teleskop machte dabei mit seinen Infrarotinstrumenten erstmals auch Sterne sichtbar, die bislang im sichtbaren Lichtspektrum verborgen blieben. Einige von ihnen schießen Materiestrahlen (Jets) heraus.
Daniela Mocker
Daniela Mocker
Stephans Quintett
Stephans Quintett. Credit: NASA, ESA, CSA und STScI
Diese berühmte Fünfergruppe aus Galaxien wird auch Stephans Quintett genannt. Dank der Gravitation legen sie einen kosmischen Tanz aufs Parkett, den das JWST in atemberaubender Schärfe eingefangen hat. Das Quintett ist rund 290 Millionen Lichtjahre entfernt.
Daniela Mocker
Daniela Mocker
Ringnebel NGC 3132
Ringnebel NGC 3132. Credit: NASA, ESA, CSA und STScI
Das dritte Bild zeigt den Ringnebel NGC 3132, Wolken aus Gas und Staub, die von einem sterbenden Stern in rund 2500 Lichtjahren Entfernung ins All geschleudert werden. Planetarische Nebel überdauern oft zehntausende Jahre. Sie zu beobachten, ist ein wenig, als würde man einen Film in Super-Slow-Motion anschauen, wie die NASA treffend formuliert. 
Daniela Mocker
Daniela Mocker
WASP-96 b ist 1150 Lichtjahre entfernt und einer von mehr als 5000 Exoplaneten in unserer Galaxis. Mit dem JWST konnten Forscherinnen und Forscher das Infrarotspektrum des »heißen Saturn« aufnehmen, der sein Heimatgestirn enger umkreist als Merkur unsere Sonne. Es zeigt Spuren von Wasserdampf.
NASA, ESA, CSA und STScI
Alina Schadwinkel
Alina Schadwinkel
Einen ersten Eindruck von dem, was Webb tatsächlich leisten kann, durfte US-Präsident Joe Biden liefern. In Kürze wird die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA weitere Bilder veröffentlichen – live und in Farbe. 

Hier können Sie die Veröffentlichung der Fotos verfolgen:
Andreas Müller
Andreas Müller
Das erste Bild des JWST ist ein Deep Field am Südhimmel.
Das erste Bild des JWST ist ein Deep Field am Südhimmel. Credit: NASA, ESA, CSA und STScI
Nach langem Bangen und fiebriger Anspannung ist es endlich so weit: Hier sehen wir das erste »richtige«, wissenschaftliche Bild des James Webb Space Telescope (JWST). Kurzfristig war bekannt gegeben worden, dass US-Präsident Joe Biden die Ehre zuteilwird, dieses Bild einen Tag früher, nämlich am 11. Juli 2022 um 23.00 Uhr MESZ zu präsentieren. Tatsächlich wurde es dann kurz nach Mitternacht, am 12. Juli unserer Zeit.
 
Das erste Bild ist eine Tiefenfeldbeobachtung, ein Deep Field. Dabei wird eine kleine Himmelsregion längere Zeit belichtet, so dass schwache und häufig auch sehr weit entfernte Quellen sichtbar werden. Das JWST wurde auf die Quelle SMACS J0723.3-7327 im Sternbild Fliegender Fisch (Volans) am Südhimmel ausgerichtet. Dort befinden sich mehrere ferne Galaxien, und es gibt bereits bekannte Deep Fields, um sie vergleichen zu können. 

Im JWST-Deep-Field erkennen wir einen hellen Stern im Vordergrund, links oberhalb der Bildmitte. Auf Grund der sechseckigen Form des JWST-Hauptspiegels und seiner Segmente hat er sechs markante Zacken.

Auffällig sind die um das Zentrum gebogenen Strukturen. Dabei handelt es sich um verzerrte Galaxienbilder, die durch den Gravitationslinseneffekt, den Albert Einstein vorhersagte, erzeugt werden. Sonst sind viele einzelne Galaxien in verschiedenen Farben zu sehen. Sie befinden sich in unterschiedlichen Entfernungen, typischerweise Milliarden Lichtjahre, und Entwicklungszuständen. 
 
Auch wenn das Bild anmutet wie im sichtbaren Licht, handelt es sich um ein Infrarotbild: Das JWST ist ein Infrarotteleskop, das Strahlung bei Wellenlängen von ungefähr 2 bis 28 Mikrometern registrieren und Bilder oder Spektren aufnehmen kann. Damit wir die Infrarotbilder überhaupt wahrnehmen können, müssen die Infrarotwellenlängen in sichtbare Farben übersetzt werden. Daraus resultiert ein Falschfarbenbild. Wir sehen Himmelsobjekte so, als ob wir Augen hätten, die Infrarot erkennen könnten – und das sehr scharf.
Daniela Mocker
Daniela Mocker
23.55 Uhr und noch kein Bild weit und breit: Im Weißen Haus lässt man sich Zeit.
Daniela Mocker
Daniela Mocker
Nur noch wenige Minuten, dann wissen wir, wie das erste Bild des JWST aussehen wird. Wer live dabei sein möchte, wie Joe Biden am 11. Juli gegen 23.30 Uhr die Aufnahme enthüllt, kommt hier zum Stream der NASA: 
Alina Schadwinkel
Alina Schadwinkel
Um 23 Uhr mitteleuropäischer Zeit wird US-Präsident Joe Biden ein erstes JWST-Bild veröffentlichen. 
Morgen will man dann so richtig wirklich ernsthaft ganz viele Bilder des 10-Milliarden-Dollar-Teleskops präsentieren – außer EU-Ratspräsident Charles Michel darf auch noch ran. Oder Billie Eilish. Oder Jimmy Fallon …

Dem Teleskop soll unter anderem der bisher tiefste Blick ins Universum gelungen sein. Man habe so weit zurück in die Vergangenheit des Kosmos geschaut wie nie zuvor, sagte der NASA-Administrator Bill Nelson auf einer Pressekonferenz am 29. Juni 2022. Wir sind gespannt, wie das aussieht!

Schreiben Sie uns!

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

Partnerinhalte