Eines der größten Probleme, mit denen Astronomen konfrontiert sind, wenn sie in den Nachthimmel blicken, ist, dass sich der Himmel über uns zweidimensional darstellt. Für das Auge ist das offensichtlich; so weit das Auge reicht, sind alle Planeten und Sterne bloße Lichtpunkte, die auf einem flachen Himmel zu liegen scheinen. Selbst große Teleskope ändern an dieser Perspektive kaum etwas, da die überwiegende Mehrheit der beobachteten Objekte immer noch zu klein und zu weit entfernt ist, als dass man ihre Struktur auflösen könnte.

Das Fehlen einer wahrnehmbaren dritten Dimension kann zu großer Verwirrung führen. Wie kann man insbesondere wissen, ob das, was man sieht, etwas relativ Schwaches und Nahes ist oder etwas extrem Helles, das sich jedoch auf der anderen Seite des Universums befindet?

Glücklicherweise sind wir hier nicht völlig hilflos. Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Entfernung eines Objekts zu bestimmen, auch wenn dies ebenfalls mit Schwierigkeiten verbunden ist. Diese Schwierigkeiten sind der Grund dafür, dass man sich selbst heute, trotz all unserer hoch entwickelten Technologie und wissenschaftlichen Fortschritte, immer noch leicht von kosmischen »Hochstaplern« täuschen lässt – Objekten, die wie etwas Bestimmtes aussehen, obwohl sie in Wirklichkeit etwas ganz anderes sind. Aber manchmal, wenn man Glück hat, erweisen sich diese Hochstapler selbst als lohnende Entdeckungen.

Ein Blick an den Rand des Universums

Als das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Jahr 2021 abhob, ging damit auch einer der größten Träume in der Astronomie an den Start: einen klaren Blick näher an den Rand des beobachtbaren Universums zu werfen und so sehr junge Galaxien zu beobachten. Licht ist ziemlich flink – es ist das Schnellste im Universum –, doch der Kosmos ist riesig. Wenn wir also sehr weit entfernte Galaxien betrachten, sehen wir sie so, wie sie kurz nach der Entstehung des Universums selbst aussahen, da ihr Licht so lange gebraucht hat, um uns zu erreichen.

Hinzu kommt, dass die Expansion des Universums die Wellenlängen dieser uralten Strahlung durch das Phänomen der Rotverschiebung verlängert – und dieser Effekt wird mit zunehmender Entfernung stärker. Normale Galaxien strahlen reichlich optisches Licht aus, doch über große Entfernungen hinweg wird dieses Licht so stark rotverschoben, dass es auf unserem Planeten – und in unseren Teleskopen – als Infrarotstrahlung ankommt. Um den Traum von einem Blick auf frühe Galaxien zu verwirklichen, wurde das JWST für Infrarotstrahlung optimiert, sodass seine Sicht sogar weit über diejenige des Weltraumteleskops Hubble hinausreicht.

Und tatsächlich schien das JWST kurz nach seinem Start diese Träume wahr werden zu lassen. Einige seiner ersten Bilder waren mit winzigen roten Objekten übersät – möglicherweise extrem weit entfernten Galaxien. Doch angesichts der »zweidimensionalen« optischen Täuschung des Himmels: Wie konnte man das mit Sicherheit wissen?

Eine Möglichkeit ist die Nutzung der fotometrischen Rotverschiebung: Galaxien strahlen Licht über das gesamte elektromagnetische Spektrum aus; allerdings werden Wellenlängen im extremen Ultraviolett (EUV) von den allgegenwärtigen Wasserstoffwolken im intergalaktischen Raum sehr effizient absorbiert. Dadurch wird der größte Teil dieser UV-Strahlung von weiter entfernten Objekten blockiert, und deshalb leuchten entfernte Galaxien bei diesen Wellenlängen extrem schwach.

Bei sehr weit entfernten Galaxien verschiebt die Rotverschiebung jedoch sogar diese extreme UV-Strahlung in den Infrarotbereich. Das bietet die Möglichkeit, die Entfernung einer Galaxie mithilfe der sogenannten Drop-out-Technik zu bestimmen. Dabei wird eine Reihe von Filtern genutzt, die jeweils einen anderen spezifischen Wellenlängenbereich blockieren. Eine weit entfernte Galaxie ist bei einer solchen Anordnung bei längeren Wellenlängen sichtbar, verschwindet aber bei kürzeren, in denen die UV-Emission schwach ist. Die Wellenlänge, bei welcher der Drop-out auftritt – abhängig davon, welcher Filter verwendet wird –, kann so die ungefähre Rotverschiebung einer Galaxie offenbaren.

Zwar ist die Methode nicht besonders präzise, doch sie ist schnell und gut geeignet, interessante Objekte für genauere Folgebeobachtungen zu markieren. Diese Ungenauigkeit hilft zu erklären, warum Artikel veröffentlicht wurden, in denen alle möglichen fantastischen Ergebnisse anhand der frühen Bilder des JWST behauptet wurden – einschließlich der Existenz von Galaxien, die offenbar so stark rotverschoben waren, dass sie unsere kosmologischen Modelle an ihre Grenzen brachten. Aber gab es diese Galaxien wirklich?

Um diese kühnen Behauptungen zu bestätigen, war ein zeitaufwendiger Prozess erforderlich, bei dem Spektren der Galaxienkandidaten aufgenommen wurden, indem ihr Licht in Tausende einzelner Farben zerlegt wurde. Verschiedene Elemente wie Sauerstoff und Wasserstoff senden Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen aus; durch die Erkennung solcher Details lässt sich die tatsächliche Rotverschiebung eines Objekts – und damit seine wahre Entfernung – mit hoher Genauigkeit bestimmen. Und die weiteren Spektren vieler dieser extremen Kandidaten zeigten, dass es sich um Galaxien handelte, die viel näher bei uns lagen und deren Farben sie mittels der Drop-out-Technik lediglich so erscheinen ließen, als wären sie sehr weit entfernt.

Irrtum im Bullet-Cluster

Springen wir ins Jahr 2025, als ein Forschungsteam das JWST einsetzte, um den Bullet-Cluster zu beobachten, einen Galaxienhaufen, der relativ nahe an der Erde liegt. Im Rahmen ihrer Beobachtungen nutzten die Fachleute die Drop-out-Technik, um nach extrem weit entfernten Galaxien zu suchen, die zufällig weit im Hintergrund des Bildes lagen. Und in einem im April auf dem Preprint-Server arXiv.org veröffentlichten Artikel berichteten sie über die Entdeckung von zwei Objekten namens Bullet-BD1 und Bullet-BD2; bei beiden handelt es sich um rote Punkte, die in den Filtern Drop-outs aufweisen, was darauf hindeuten würde, dass es sich um extrem weit entfernte, sehr junge Galaxien handelt.

Da Wissenschaftler jedoch von Natur aus vorsichtig sind, führten sie anschließend tiefere spektroskopische Beobachtungen mit dem JWST durch und verglichen die Ergebnisse mit Archivbildern des Bullet-Clusters. Gut, dass sie das getan haben, denn diese Nachuntersuchungen zeigten, dass es sich bei diesen Objekten gar nicht um Galaxien handelt, sondern um extrem masselose Braune Zwerge, die sich in unserem eigenen Milchstraßensystem befinden!

Braune Zwerge sind seltsame Objekte, deren Massen zwischen denen von Riesenplaneten und kleinen Sternen liegen. Sie wurden in den 1990er-Jahren erstmals entdeckt; mittlerweile sind rund 3000 von ihnen bekannt, und Tausende weiterer Kandidaten warten noch auf ihre Bestätigung. Im Visuellen sind sie sehr leuchtschwach, können im Infraroten allerdings recht hell leuchten, solange sie nicht zu weit entfernt sind. Genau das war bei Bullet-BD1 und Bullet-BD2 der Fall. Doch nur weil diese Objekte keine entstehenden Galaxien im fernen Kosmos sind, bedeutet das nicht, dass sie weniger interessant sind. Sie sind – im wahrsten Sinne des Wortes – ziemlich kühl, mit Temperaturen von etwa 125 und 27 Grad Celsius; Letzteres entspricht der Temperatur eines warmen Frühlingstags! Im Gegensatz zu Sternen, die in ihrem Kern durch thermonukleare Fusion von Wasserstoff Energie erzeugen, sind Braune Zwerge zu klein, um dauerhaft mittels Fusionsprozessen zu leuchten. Sobald sie entstanden sind, kühlen sie im Lauf der Zeit im Allgemeinen einfach ab.

Bullet-BD1 und Bullet-BD2 gehören zu den bekanntesten Braunen Zwergen mit der niedrigsten Temperatur und der geringsten Masse. Somit sind sie besonders wichtig für das Verständnis der Entstehung Brauner Zwerge – ein Thema, das nach wie vor heiß diskutiert wird. Die zufällige Entdeckung dieser beiden Objekte deutet zudem darauf hin, dass unsere Galaxie voller weiterer noch unentdeckter Brauner Zwerge ist. Da wir bislang nur von sehr wenigen dieser Objekte wissen, liegen noch keine aussagekräftigen statistischen Daten vor. Daher ist dieses Paar eine willkommene Ergänzung der Sammlung.

Wenn es hier eine Lehre gibt, dann die, dass das Aufdecken von »Hochstaplern« nicht immer enttäuschend ist. Manchmal sucht man nach großen, spektakulären Galaxien am Rand des beobachtbaren Universums und findet stattdessen ein Paar ebenso spektakulärer Brauner Zwerge direkt vor der eigenen Haustür.