Neue Ära der Weltraumforschung: James-Webb-Teleskop liefert erste Aufnahmen

Die NASA präsentierte am Montag die bisher schärfste und tiefste Infrarot-Aufnahme des Universums. Darauf folgende Aufnahmen zeigen weitere Phänomene des Alls – und eröffnen neue Perspektiven auf die Geschichte unseres Universums.

Von Insa Germerott
Veröffentlicht am 13. Juli 2022, 11:00 MESZ
Diese Ansicht des Carina-Nebels: Der Nebel erinnert an eine Landschaft mit Bergen und Tälern.

Die „Cosmic Cliffs“ im Carinanebel – einem Emissionsnebel, der etwa 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Das Bild zeigt zum ersten Mal bisher unsichtbare Bereiche der Sternentstehung.

Foto von NASA, ESA, CSA, STScI

Am 25. Dezember 2021 war es soweit: Das James-Webb-Weltraumteleskop wurde nach 25 Jahren Entwicklung durch die NASA, ESA und CSA ins Weltall geschossen. Es ist das größte, präziseste und teuerste Weltraumteleskop, das bisher existiert. Mit seiner ausgefeilten Infrarot-Technik kann es weiter und schärfer ins All blicken als jeder seiner Vorgänger, unter denen sich unter anderem das Hubble-Weltraumteleskop befindet. 

Das James-Webb-Teleskop wurde gebaut, um das Ende des Universums bildlich einzufangen – sozusagen den Moment, in dem unser Universum entstand. Die Forschenden wollen mit dem Teleskop in Zukunft unter anderem unser frühes Universum und Exoplaneten erforschen sowie die Sternentstehung nachvollziehen. Ein gewaltiges Vorhaben, das wohl den Blick auf die Geschichte unseres Universum verändern wird und eine neue Ära der Weltraumforschung einleitet.

Nun ist den Forschenden bereits ein erster großer Schritt gelungen: Am Montag, dem 11. Juli, enthüllte US-Präsident Joe Biden das erste Bild des James-Webb-Weltraumteleskops: Eine „Deep-Field“-Aufnahme des Galaxiehaufens SMACS 0723 und weiterer, noch älterer Galaxien – darunter auch solche, die bereits vor 13 Milliarden existierten, als das Universum gerade erst entstanden war. Die Aufnahme ist ein durch lange Belichtungszeiten entstandenes, farbiges Bild, welches das Teleskop aus 1,5 Millionen Kilometern Entfernung zur Erde an das Space Telescope Science Institute in Baltimore sendete. 

Weitere bahnbrechende Aufnahmen folgten am gestrigen Dienstag und zeigen den Carinanebel, das letzte Aufleuchten eines sterbenden Sterns, fünf Galaxien kurz vor dem Crash und ein Spektrum von Wasserdampfspuren eines Exoplaneten.

Erster farbenprächtiger Blick ins ferne All

Das erste „Deep-Field"-Bild des James-Webb-Weltraumteleskop: Die Aufnahme zeigt Galaxien aus dem frühen Universum, vergrößert durch einen Galaxiehaufen im Vordergrund.

„Es ist ein neues Fenster in die Geschichte unseres Universums“, so Biden während der Veranstaltung am Montag über das Teleskop. „Und heute können wir einen Blick auf das erste Licht werfen, das durch dieses Fenster scheint.“ Mit diesen Worten enthüllte er einen Tag vor der offiziellen Veröffentlichung der NASA bereits das erste Bild des James-Webb-Teleskops, das unter anderem den Galaxiehaufen SMACS 0723 zeigt. 

NASA-Administrator Bill Nelson erklärt: „Webbs erstes Deep Field ist nicht nur das erste vollfarbige Bild des James-Webb-Weltraumteleskops, es ist auch das bisher schärfste und tiefste Infrarotbild des fernen Universums.“ Es sei eine Aufnahme von einem Bereich des Himmels, der vergleichsweise der Größe eines Sandkorns entspreche, das eine Armlänge entfernt gehalten wird. „Es ist ein winziger Ausschnitt des riesigen Universums.“

Mithilfe des schärfsten Infrafrot-Auges des Teleskops konnte der Galaxienhaufen SMACS 0723 in 4,6 Milliarden Lichtjahren Entfernung sichtbar gemacht werden – und mithilfe von ihm noch weitere, entferntere Galaxien, aus der Zeit, in der die Sonne und ihr Planetensystem entstanden sind.

Das funktioniert so: Die kombinierte Masse des vorderen Galaxienhaufens wirkt quasi wie eine weitere Gravitationslinse, die – ähnlich wie das Teleskop selbst – die weiter entfernten Galaxien vergrößert. Sichtbar werden diese in der Form der Lichtschleier im Hintergrund – darunter bis zu 13 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxien.

Südlicher Ringnebel: Der sterbende Stern

Die Aufnahme zeigt den Südlichen Ringnebel – NGC 3132. Links erkennt man den Weißen Zwerg im Zentrum. Auf dem rechten Bild, das in einem anderen Infrarotspektrum aufgenommen wurde, können sogar die zwei separaten Sterne ausgemacht werden.

Auch die anderen Aufnahmen sollten ein möglichst breites Spektrum der Themenfelder des James-Webb-Teleskops abbilden. 70 Motive lagen vor, von denen die NASA am 12. Juli 2022 vier Bilder und ein Spektrum vorstellte – darunter auch die Aufnahme eines sterbenden Sterns.

Bei planetarischen Nebeln wie dem Südlichen Ringnebel handelt es sich um Wolken aus Gas und Plasma, die von einem sterbenden Stern abgesondert wurden. Durch die ultraviolette Strahlung des übrig bleibenden Weißen Zwergs, bekommt der Nebel seine intensive Farbigkeit – wie auf dem Bild zu sehen ist. 

Die beiden Aufnahmen des Teleskops wurden in zwei verschiedenen Infrarotbereichen gemacht: die linke im nahen Infrarotbereich, die rechte im mittleren. Auf dem rechten Bild erkennt man sogar die zwei separaten Sterne und der Weiße Zwerg ist deutlicher zu sehen. Der Südliche Ringnebel ist etwa 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Carinanebel: Geburtsstätte heller Sterne

Die „Cosmic Cliffs“ im Carinanebel – einem Emissionsnebel, der etwa 8.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Das Bild zeigt zum ersten Mal bisher unsichtbare Bereiche der Sternentstehung.

Der Carinanebel bietet optisch wohl die spektakulärste Aufnahme. Er ist als Geburtsstätte von Sternen bekannt und befindet sich in etwa 8.000 Lichtjahren Entfernung zur Erde. Sein bekanntester Stern ist Eta Carinae – ein veränderlicher, sehr massereicher Doppelstern, dessen Primärstern etwa 100 bis 200 Sonnenmassen und dessen Sekundärstern etwa 30 bis 80 Sonnenmassen schwer ist. Er strahlt mit der bis zu fünfmillionenfachen Leuchtkraft der Sonne. Da das Webb-Teleskop über die leistungsstärkste Infrarot-Technik verfügt, kann sogar der Sternenstaub durchdrungen und damit die Sternentstehung nachvollzogen werden.

Stephans Quintett: Galaxiencrash in weiter Ferne

Aufnahme der Galaxiengruppe Stephans Quintett: Das James-Webb-Teleskop durchdrang für dieses Bild den Staubmantel, der das Zentrum der fünf Galaxien umgibt

Die Aufnahme der fünf einander umwirbelnden Galaxien namens Stephans Quintett ist die am weitesten entfernte bisher veröffentlichte: 260 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt bewegen sich diese Galaxien durch wechselseitige Gravitationswirkung aufeinander zu. 

Besonders interessant an diesem Bild ist der auffällige rötliche Bogen, der sich aus einer der Galaxien bis an den oberen Bildrand erstreckt. Eine Schockwelle, die vermutlich von einer der keineren Galaxien ausgelöst wurde, während sie ins Zentrum dieser Gruppierung von Galaxien stürzte.

Exoplanet WASP-96b: Erste Erkenntnisse über seine Beschaffenheit

Spektrum des Exoplaneten WASP-96b. Forschenden ist es zum ersten Mal gelungen, ein so detailliertes Spektrum mithilfe von Infrarot zu erstellen. Es wird durch Vergleiche erstellt, bei denen durch die Atmosphäre des Planeten gefiltertes Sternenlicht – das entsteht, wenn sich der Planet vor den Stern schiebt –, mit ungefiltertem Sternenlicht verglichen wird. Die daraus resultierenden Daten befinden sich im veröffentlichten Spektrum der NASA. 

Das veröffentlichte Spektrum der NASA bezieht sich auf den Exoplaneten WASP-96b – ein Exoplanet aus Gas, der 2013 von der Wide Angle Search for Planets (WASP) entdeckt wurde. Das Spektrum des James-Webb-Teleskop ist das detaillierteste, das mithilfe von Infrarot-Technik je erstellt werden konnte. 

Anhand des Absorptionsspektrums können Astronomen die Vielzahl der hauptsächlichen Gase in der Atmosphäre eines Planeten ausmachen. Noch ist das Spektrum nicht vollständig analysiert, aber Forschende können bereits erste Schlüsse ziehen: Wasserdampf, Wolken und möglicherweise Nebel kommen in der Atmosphäre des Exoplaneten vor. Die Temperatur in der Atmosphäre kann ebenfalls mithilfe des Spektrums errechnet werden: Sie wird bislang auf 725 Grad Celsius gerechnet.

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