Galaxies

Das James-Webb-Weltraumteleskop hat heute seine ersten wissenschaftlichen Bilder veröffentlicht. Folgendes zeigen uns diese Bilder.

Worauf würden Sie Ihr glänzendes neues Teleskop ausrichten, wenn Sie könnten? Mit fünf handverlesenen Zielen für das James-Webb-Weltraumteleskop hat die NASA die kollektiven Köpfe der astronomischen Gemeinschaft mit der Veröffentlichung der ersten wissenschaftlichen Bilder des Observatoriums begeistert.

Webb verschiebt die Grenzen der Astronomie, indem er weiter und schwächer in Zeit und Raum blickt als je zuvor. Es wird Zeuge der Entstehung von Galaxien im frühen Universum, einschließlich des Lichts der allerersten Sterne; Erforsche Zusammensetzungen von Exoplaneten; und verfolgen Sie sogar Kometen näher an Ihrem Zuhause. Die ersten fünf hier gezeigten Bilder sind nur der Anfang der Beobachtungen des ersten Jahres, die in einem Wettbewerbsverfahren ausgewählt wurden, und es werden noch viele weitere folgen.

Webbs erste Bilder

Am 6. Juli veröffentlichte das Team ein erstaunliches Teaser-Bild des Feldes um den Stern 2MASS 16235798+2826079 der Stärke 9,3, das mit freundlicher Genehmigung des Fine Guidance Sensor (FGS) des Teleskops eine Menagerie von Galaxien enthüllte. Für eine sehr kurze Zeit gehörte das Bild zu den tiefsten, die jemals gemacht wurden.

Dieses Testbild des Feinleitsensors wurde Anfang Mai parallel zur NIRCam-Bildgebung des Sterns HD147980 über einen Zeitraum von acht Tagen aufgenommen. Dieses technische Bild repräsentiert insgesamt 32 Stunden Belichtungszeit an mehreren überlappenden Punkten des Guider 2-Kanals. Die Beobachtungen waren nicht für die Erkennung lichtschwacher Objekte optimiert, aber dennoch erfasst das Bild extrem lichtschwache Objekte und war für kurze Zeit das tiefste Bild des Infrarothimmels.NASA/CSA/FGS-Team

Das tiefe Feld

Tage später, am 12. Juli, ließ das Webb-Team auf einer Pressekonferenz im Weißen Haus das erste wissenschaftliche Bild fallen, das die Gravitationslinsen-Galaxiengruppe SMACS 0723 zeigte, die von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) über eine bloße 12,5-stündige Belichtung aufgenommen wurde.

Dieser im südlichen Sternbild Volans gelegene Galaxienhaufen existierte vor 4,6 Milliarden Jahren (ein beträchtlicher Bruchteil der Lebensspanne des Universums), während die Galaxien mit Linsen dahinter noch weiter entfernt sind. Die Galaxien im Haufen sind im Allgemeinen weiß, während die meisten Galaxien aufgrund der gravitativen Verzerrung ihres Lichts durch den Haufen rot und verzerrt erscheinen.

Unter den bisher identifizierten Hintergrundgalaxien befindet sich eine Galaxie mit einer Rotverschiebung von 13,1, was bedeutet, dass wir eine Galaxie sehen, die nur 330 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte!

Webbs erstes Deep FieldWebbs erstes Bild, das am Montag, dem 11. Juli, enthüllt wurde, zeigt Tausende von Galaxien in einem winzigen Stück Himmel. Viele Galaxien sind Teil eines massereichen Haufens namens SMACS 0723. Das Gewicht der Galaxien und die dunkle Materie um sie herum linsen Hintergrundgalaxien, vergrößern sie und verzerren ihre Formen. Das Bild wurde bei vier Infrarot-Wellenbändern aufgenommen, aber hier als sichtbare Farben dargestellt, damit wir es sehen können.NASA / ESA / CSA / STScI

Hier ist eine Nahaufnahme: pic.twitter.com/5ATAxVI1LT

– Jason Short (@jason4short) 11. Juli 2022

Der Exoplanet

Einen Tag später, am 12. Juli, enthüllte das Team vier weitere Bilder, die die präsentierenden Astronomen zu Tränen rührten.

WASP-96b ist ein 1.150 Lichtjahre entfernter Heißgasriese, der seinen Stern in einer engen Umlaufbahn von 3,4 Tagen umkreist. Die Nähe des Planeten zu seinem Stern ist wahrscheinlich der Grund, warum er ein „Super-Puff“ ist, mit der Größe von Jupiter, aber nur der Hälfte seiner Masse.

Webb richtete seinen Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) während eines 6,4-stündigen Transits auf die ferne Welt und zeichnete das Licht des Sterns auf, das durch den sichtbaren Teil der Atmosphäre drang, als der Planet über das Gesicht seines Sterns wanderte. Das resultierende Spektrum, das 0,6 bis 2,8 Mikrometer umfasst, zeigt die ersten Anzeichen von Wasserdampf in der Atmosphäre dieses Planeten sowie Anzeichen von Wolken und Dunst. Insbesondere die Wolken sind eine Überraschung, da frühere bodengestützte Beobachtungen keine Anzeichen von ihnen gefunden hatten.

WASP-96b-SpektrumMIRI-Spektrum von WASP-96b.NASA/ESA/CSA/STScI

Der Planetarische Nebel

Der Südliche Ringnebelauch als Acht-Burst-Nebel oder NGC 3132 bekannt, liegt 2.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Vela.

Ein Stern im Zentrum dieser Schönheit ist derjenige, der sie erschafft, indem er mehrere Gas- und Staubwellen aussendet, während er seine äußeren Schichten ausstößt. Aber der verantwortliche Stern ist nicht der, der im Nahinfrarotbild links unten zu sehen ist. Es ist das vom Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) aufgenommene Bild (rechts unten), das zum ersten Mal den zweiten, schwächeren Stern zeigt, der im Kern des Nebels stirbt.

Südlicher Ringnebel (planetarischer Nebel)Der Südliche Ringnebel, gesehen von NIRCAM (links) und MIRI (rechts).NASA / CSA / ESA / STScI

Der hellere Stern befindet sich in einem früheren Entwicklungsstadium und wird eines Tages seinen eigenen planetarischen Nebel aussenden. Im Moment rührt seine Hitze und Strahlung den Topf voller Gas und erzeugt wunderschöne Muster.

Die winzige Spitze, die in den Nebel eingebettet zu sein scheint (links in beiden Bildern), entpuppte sich als eine von der Kante sichtbare Hintergrundgalaxie, die durch den Dunst leuchtete.

Die Galaxy-Gruppe

Stephans Quintett: Das Ziel des ikonischen Hinterhof-Astronomen hat noch nie besser ausgesehen als auf dieser Infrarotansicht. Der Haufen stellt die erste bekannte kompakte Galaxiengruppe dar, die 1877 vom Astronomen Édouard Stephan entdeckt wurde. Stephans Quintett befindet sich im Sternbild Pegasus (das einzige Ziel der nördlichen Hemisphäre in der heutigen Veröffentlichung) und besteht aus vier Galaxien, die 290 Millionen Lichtjahre entfernt in einer engen gravitativen Umarmung eingeschlossen sind. (NGC 7320, die Galaxie ganz links, ist mit nur 40 Millionen Lichtjahren ein gutes Stück näher.)

Stephans Quintett der wechselwirkenden GalaxienDieses Nah- und Mittelinfrarot-Kompositbild von Stephans Quintett besteht aus fast 1.000 separaten Bilddateien. (Nur vier Galaxien sind tatsächlich nahe beieinander: Die Galaxie ganz links, NGC 7320, ist ein gutes Stück näher als die anderen.)NASA / CSA / ESA / STScI

Zusätzlich zu dem Bild, das Wirbel aus Staub, Gas und Sternen zeigt, die durch Gravitationswechselwirkungen weggefegt wurden, nahmen Astronomen auch Spektren der galaktischen Kerne auf. Die oberste Galaxie, NGC 7319, enthält ein Gas schluckendes Schwarzes Loch, das den Daten zufolge gewaltige Winde antreibt – diese waren bis jetzt hinter undurchsichtigen Staubwolken verborgen geblieben.

Die Sternentstehungswolke

Der Carinanebel: Der Carina-Nebel liegt 7.600 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Carina und ist ein massiver Sternentstehungskomplex. Webbs Ansicht zeigt den Rand einer Sternentstehungsregion innerhalb des Nebels. Heiße, massereiche Sterne im Zentrum dieser Region senden Winde und intensive Strahlung aus, die den umgebenden Staub in „kosmische Klippen“ formen. Dieser Schub wiederum löst neue Runden der Sternentstehung aus. Die höchsten Gipfel aus erodierendem Staub im Bild unten sind sieben Lichtjahre hoch.

Kosmische Klippen des Carina-NebelsWebbs erstaunliche Aussicht auf den Carina-Nebel. NASA/ESA/CSA/STScI

Webbs längere Wellenlängen zeigen neugeborene Sterne und andere Details, die bisher hinter Staub verborgen waren. Sie können die jüngsten Protosterne als rote Punkte in der dunklen, staubigen Region der Wolke sehen.

„Diese Bilder wurden ausgewählt, um die hervorragende Empfindlichkeit und Abbildungsfähigkeit von JWST zu veranschaulichen“, sagt Hammel. „Wenn Sie von Hubble-Bildern begeistert waren, dann halten Sie Ihren Hut fest – diese ersten wissenschaftlichen Beobachtungen sind nur die Vorspeise, das Hauptgericht kommt noch!“

Und als hübsche Art „Osterei“ tauchte ein Bild von Jupiter und seinen Monden im JWST-Inbetriebnahmebericht auf, mit freundlicher Genehmigung von NIRCam:

JWST gegen JupiterJupiter erscheint in seiner ganzen Nahinfrarot-Pracht auf diesen NIRCam-Bildern (das linke wurde bei 2,12 Mikrometer aufgenommen, während das rechte bei einer etwas längeren Wellenlänge von 3,25 Mikrometer aufgenommen wurde). Der Große Rote Fleck und die Monde Europa, Thebe und Metis sind sichtbar. Sie können Europas Schatten links vom Großen Roten Fleck auf dem linken Bild sehen. Das rechte Bild zeigt auch deutlich Jupiters Ring. Die Belichtungszeit betrug 75 Sekunden. NASA/ESA/CSA/STScI

Die Bilder zeigen, dass Webb sich bewegende Objekte verfolgen kann, sogar in der Nähe eines blendenden Ziels wie Jupiter, was sich für die Beobachtung von Kometen und anderen Objekten im Sonnensystem als nützlich erweisen wird.

Von dort nach hier

JWST im ReinraumJWST im Reinraum auf der Erde. NASA/JWST

Diese Veröffentlichung markiert den offiziellen Start des wissenschaftlichen Betriebs für JWST. JWST wurde in Zusammenarbeit mit der NASA, der Canadian Space Agency und der European Space Agency gebaut und betrieben und am Weihnachtstag 2021 gestartet. JWST umkreist jetzt den entfernten L2-Lagrange-Punkt, eine Million Meilen entfernt gegenüber der Sonne. An diesem Standort und mit seinem mehrschichtigen Sonnenschutz bleibt das Teleskop so kühl wie möglich, unterhalb der für Infrarotbeobachtungen erforderlichen 50-Kelvin-Grenze.

Die Reise in diese Umlaufbahn, das Entfalten des Origami-Raumfahrzeugs und die Ausrichtung und Kalibrierung der Spiegel und Instrumente sind der Grund, warum es vom Start bis zum Beginn des wissenschaftlichen Betriebs sechs Monate dauerte.

JWST-TeamEin Teil des JWST-Teams mit einem Modell des Teleskops in Originalgröße. NASA

NIRSpec (der Nahinfrarot-Spektrograph) war das letzte Instrument, das die Kalibrierung am 7. Juli abschloss. Andere Instrumente an Bord sind die Nahinfrarotkamera (NIRCAM), das Mittelinfrarotinstrument (MIRI) und der Feinführungssensor/Nahinfrarotbildgeber und der schlitzlose Spektrograph (FGS/NIRISS).

„Die Teleskop- und Instrumenteninbetriebnahme verlief eigentlich nach Plan!“ sagt Heidi Hammel (NASA/GSFC) „Dies ist ein sehr ausgeklügeltes Teleskop mit einer komplexen Reihe von Instrumenten mit vielen Betriebsmodi, die alle sorgfältig überprüft und verifiziert werden mussten.“

Der lange Weg zum Betrieb verlief nicht ohne Stolpersteine: JWST erlitt innerhalb seiner ersten sechs Monate sechs Einschläge von Mikrometeoroiden, eine Rate, die Ingenieure vorausgesagt hatten; Eine Ende Mai packte jedoch mehr als erwartet. Mikrometeoroide erhöhen die Missionsdauer um einige Unsicherheiten, aber die Ausnahmegenauigkeit des Starts und andere Faktoren führten zu einem willkommenen Überschuss an Treibstoff: Heute veröffentlichte Schätzungen deuten darauf hin, dass die Mission mehr als 20 Jahre dauern könnte.

Es war ein jahrzehntelanger Weg von der Konzeption über das Design bis hin zur Startrampe und Inbetriebnahme, aber das James Webb-Weltraumteleskop ist bereit, sich an die Arbeit zu machen und die Grenzen der Astronomie für eine neue Generation zu verschieben.


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