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James Webb Space Telescope: Die Ringe des ... Neptun

Mit dem JWST haben Forscher zum ersten mal seit 30 Jahren wieder die Ringe des Neptun in den Fokus genommen. Was kommt als nächstes? Die besten Bilder und wichtigsten Entdeckungen im Slowblog.
Der äußerste Planet Neptun wurde im Jahr 1846 von Johann Gottfried Galle von Berlin aus entdeckt.
Im sichtbaren Licht erscheint Neptun tiefblau - doch das JWST sieht ihn in einem anderen Licht.
  • 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.
Lars Fischer
Lars Fischer
NASA, ESA, CSA, and STScI
Diese neue Aufnahme des JWST zeigt den anderen Ringplaneten im Sonnensystem. Neptun erscheint in dieser Aufnahme im Nahen Infrarot nicht in seinem charakteristischen blau, sondern fast geisterhaft blass. Die Aufnahme ist die erste seit über drei Jahrzehnten. die Neptuns Ringsystem deutlich zeigt. Die auffälligen hellen Flecken sind hohe Wolken aus Methaneis. Deutlich interessanter ist ein subtileres helles Band entlang des Äquators. Das könnte ein bisher unbekannter Teil des globalen Zirkulationssystems sein, das die Windbänder auf dem Planeten antreibt.
Katharina Menne
Katharina Menne
Das James Webb Space Telescope hat sein erstes Bild von einem Planeten außerhalb unseres Sonnensystems aufgenommen. Es ist zwar nicht das erste Bild eines Exoplaneten überhaupt – auch das Hubble-Teleskop kann das – aber es ist dennoch von besonderer Bedeutung, weil es die Möglichkeiten des Teleskops zeigt, ferne Welten zu erforschen und noch genauer zu vermessen als bisher.

Der Exoplanet namens HIP 65426 b ist laut Angaben der Europäischen Weltraumagentur ESA rund 350 Lichtjahre von der Erde entfernt und ein sogenannter Gasriese. Das heißt, er hat keine feste, felsige Oberfläche, sondern besteht hauptsächlich aus leichten Gasen wie Wasserstoff oder Helium. Er ähnelt damit Jupiter, ist allerdings etwa sechs- bis achtmal so schwer. Für einen Planeten ist HIP 65426 b mit rund 15 bis 20 Millionen Jahren noch recht jung. Zum Vergleich: Unsere Erde existiert seit gut 4,5 Milliarden Jahren.

Astronomen hatten den Planeten bereits 2017 mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile entdeckt – das Webb-Bild offenbart jedoch neue Details, die bodengestützte Teleskope aufgrund der störenden Infrarotstrahlung der Erdatmosphäre nicht erkennen können.

Zuletzt konnten auf verschiedenen Wegen etliche Planeten außerhalb unseres Sonnensystems identifiziert werden, mehr als 5000 gelten als offiziell bestätigt. Die allermeisten davon wurden allerdings über indirekte Methoden entdeckt. So lässt sich zum Beispiel auf die Existenz eines Planeten schließen, wenn sich die Helligkeit eines Sterns periodisch verändert. Auch ein leichtes Wackeln des Sterns, ausgelöst durch die Schwerkraft seines Planeten, kann ein Indiz sein.

Direkte Bilder von Exoplaneten sind eher selten und meist von bescheidener Qualität. Auch die Bilder, die das JWST gemacht hat, sind nicht viel mehr als ein charakteristischer Pixelhaufen. Das liegt daran, dass Planeten viel dunkler sind als ihre Zentralsterne. HIP 65426 b etwa ist zwar 100 Mal weiter von seinem Stern entfernt sind als die Erde von der Sonne – sein Licht ist aber im nahen Infrarotbereich mehr als 10.000 Mal schwächer als das seines Sterns. Die Kameras von Webb sind deshalb beide mit sogenannten Koronagraphen ausgestattet, die das Sternenlicht ausblenden.

Die Aufnahmen sind im Rahmen einer großen internationalen Kollaboration unter Leitung von Sasha Hinkley von der University of Exeter entstanden. Die Forschungsgruppe berichtet bereits in einem noch nicht begutachteten Preprint von den Messungen.


Der Planet HIP 65426 b durch verschiedene Linsen betrachtet: Die bläulichen Bilder stammen vom NIRCam-Instrument (bei einer Wellenlänge von 3 und 4,44 Mikrometern), die rötlichen vom Instrument MIRI (bei 11,4 und 15,5 Mikrometern). Der weiße Stern zeigt die Position des Zentralsterns an
Der Planet HIP 65426 b durch verschiedene Linsen betrachtet: Die bläulichen Bilder stammen vom NIRCam-Instrument (bei einer Wellenlänge von 3 und 4,44 Mikrometern), die rötlichen vom Instrument MIRI (bei 11,4 und 15,5 Mikrometern). Der weiße Stern zeigt die Position des Zentralsterns an. Foto: NASA/ESA/CSA, A Carter (UCSC), the ERS 1386 team, and A. Pagan (STScI)
Katharina Menne
Katharina Menne
Während wir hier auf der Erde gerne weniger Kohlenstoffdioxid (CO2) in unserer Atmosphäre hätten, ist die Entdeckung des Gases in der Atmosphäre eines Planeten außerhalb des Sonnensystems eine kleine Sensation. Das James-Webb-Teleskop hat jetzt das erste Mal einen solchen Nachweis erbracht. Der heiße Gasriese WASP-39 b umkreist einen 700 Lichtjahre entfernten sonnenähnlichen Stern. Frühere Beobachtungen mit anderen Teleskopen wie Hubble oder Spitzer hatten bereits gezeigt, dass die Atmosphäre von WASP-39 b Wasserdampf, Natrium und Kalium enthält. Die extreme Infrarotempfindlichkeit von Webb konnte nun bestätigen, dass dort auch Kohlendioxidmoleküle herumfliegen.

Die Zusammensetzung der Atmosphäre eines Planeten verrät etwas über seinen Ursprung und seine Entwicklung. »Kohlendioxid ist ein empfindlicher Indikator für die Geschichte der Planetenentstehung«, sagte Mike Line von der Arizona State University, Mitglied des Forschungsteams, laut einer Pressemitteilung der NASA. So lässt sich darüber etwa ermitteln, wie viel festes und wie viel gasförmiges Material zur Entstehung des Gasplaneten beigetragen hat.

Da verschiedene Gase unterschiedliche Farben absorbieren, können die Forscher mit Hilfe der Transmissionsspektroskopie über winzige Helligkeitsunterschiede des ausgesendeten Lichts analysieren, aus welchen Molekülen eine Atmosphäre besteht. Sie hoffen nun, dass Webb in Zukunft auch in den dünneren Atmosphären kleinerer Gesteinsplaneten Kohlendioxid nachweisen kann.


Katharina Menne
Katharina Menne
Die NASA hat neue Bilder des James Webb Teleskops veröffentlicht. Zu sehen ist der Planet Jupiter in beeindruckender Detailschärfe. »Es ist wirklich bemerkenswert, dass wir Details des Jupiters zusammen mit seinen Ringen, winzigen Satelliten und sogar Galaxien in einem Bild sehen können«, sagte die Astronomin Imke de Pater, die die Jupiterbeobachtungen leitet. Gut zu erkennen ist, wie wild es auf dem größten Gasplaneten unseres Sonnensystems zugeht. Der Große Rote Fleck, ein berühmter Sturm, der so groß ist, dass er die Erde verschlucken könnte, erscheint in diesen Ansichten weiß, ebenso wie andere Wolken, weil sie viel Sonnenlicht reflektieren. Ebenso sind die leuchtenden Polarlichter über dem Nord- und dem Südpol des Jupiter zu erkennen.

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:

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