Das James Webb Space Telescope (JWST), das gemeinsam von der NASA, der CSA von Kanada und der Europäischen Weltraumorganisation ESA betrieben wird, hat erfolgreich seinen Dienst aufgenommen. Die begleitenden Bilder und Daten, die am 12. Juli veröffentlicht wurden, geben einen ersten Einblick in die vollen Fähigkeiten des neuen Teleskops und stellen einen großen Durchbruch in der Fähigkeit der Menschheit dar, das Universum und unseren Platz darin zu verstehen.
Die Bilder sind das Ergebnis einer erstaunlichen wissenschaftlichen Leistung. Hunderte von Befehlen, die seit dem Start am 25. Dezember von der Bodenkontrolle an das Teleskop gesendet wurden, wurden perfekt ausgeführt. Tausende von Forschern, Wissenschaftlern und Ingenieuren aus den Vereinigten Staaten, Kanada, Europa und anderen Teilen der Welt haben unermüdlich daran gearbeitet, die Leistung des Raumfahrzeugs im Orbit zu analysieren und zu optimieren. Dadurch übersteigen die gewonnenen Daten das Potenzial bisheriger Weltraumteleskope bereits bei weitem.
Die Veranstaltung hat auch eine große gesellschaftliche Bedeutung. Astronomen und die Öffentlichkeit warten seit mehr als einem Jahrzehnt auf die ersten Bilder des Weltraumteleskops. Das Teleskop basiert auf den Errungenschaften anderer Weltraumobservatorien wie Chandra, Spitzer und vor allem Hubble, die bahnbrechende wissenschaftliche Errungenschaften hervorgebracht haben, die interessierte Beobachter auf der ganzen Welt fasziniert und inspiriert haben.
Webbs erstes Deep Field, das erste Bild im Teleskop, zeigt den Galaxienhaufen SMACS 0723. Es wurde mit der Nahinfrarotkamera des Teleskops (NIRCam) aufgenommen. Das Bild zeigt auch Gravitationslinsen, die ansonsten unsichtbare Galaxien vergrößern, von denen einige bis zu 13,1 Milliarden Jahre alt sind. [Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und STScI]
Millionen von Menschen sahen sich die Live-Übertragung der Bilder an und Millionen weitere lasen Berichte, sahen sich Videos an, teilten sie in sozialen Medien und teilten mit Kollegen und Freunden, was der JWST bisher beobachtet hat. Nach Jahren der Verzögerungen und der Beinahe-Annullierung im Jahr 2011 durch die kulturell rückständige US-Regierung (die Kosten von 10 Milliarden Dollar für das Teleskop hätten für einen anderen Flugzeugträger ausgegeben werden können) wurde das JWST erfolgreich in die Konstellation der Weltraumteleskope aufgenommen, und dies hat es getan weiterentwickelt worden.
Das erste Betriebsbild des Teleskops, Webb’s First Deep Field genannt, zeigt den Galaxienhaufen (Cluster) SMACS 0723. Das Licht des Haufens brauchte 4,6 Milliarden Jahre, um die Erde zu erreichen. Das Bild bietet einen einzigartigen Blick auf die Galaxien in diesem Haufen aus dieser Zeit der kosmischen Geschichte. Der Galaxienhaufen ist so massereich, dass er auch als Linse fungiert. Seine Gravitation ist so stark, dass das Licht von weiter entfernten Galaxien gebündelt und verstärkt wird. Das JWST konnte das Licht einer Galaxie einfangen, die 13,1 Milliarden Jahre gereist war und nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall emittiert wurde.
Der auffälligste Aspekt des Bildes ist jedoch die Verbesserung der Auflösung dieses “Deep Field” im Vergleich zu früheren Hubble-Bildern. Ein besonders wichtiger Aspekt bei der Entwicklung des JWST war ein Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 6,5 Metern, der eine sechsmal größere Lichtsammelfläche als das Hubble-Teleskop hat. Dadurch kann JWST interne Strukturdetails von Galaxien erfassen, die Hubble nicht erfassen kann, wie z. B. Sternhaufen und andere unscharfe Merkmale.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Nahinfrarotkamera (NIRCam) von JWST in der Lage war, die für das SMACS 0723-Bild erforderlichen Daten in nur 12,5 Stunden zu sammeln. Das Hubble-Teleskop hingegen brauchte mehrere Wochen, um vergleichbare, aber weniger aufgelöste Daten zu sammeln.
Der JWST wird noch weiter in die Vergangenheit blicken können. Während die Galaxie GN-z11 das am weitesten entfernte Objekt ist, das Hubble beobachtet hat – Licht reiste 13,4 Milliarden Jahre, bevor es gemessen wurde – wird erwartet, dass das neue Teleskop diesen Meilenstein in den kommenden Monaten übertreffen wird. JWST beobachtet hauptsächlich Wellenlängen im Infraroten (während Hubble im sichtbaren Bereich arbeitet) und ist daher darauf ausgelegt, Licht zu beobachten, das noch weiter gereist ist.
Das obere Bild ist ein Hubble-Bild der „kosmischen Klippen“ des Carina-Nebels und das untere Bild ist ein ähnliches Bild, das vom JWST aufgenommen wurde. Der Vergleich zeigt die höchste Auflösung des neuesten Teleskops und die beste Fähigkeit, die Entstehung von Sternen zu erkennen, die Gas- und Staubwolken verdecken. [Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, The Hubble Heritage Team; mit freundlicher Genehmigung: N. Smith (Universität von Kalifornien, Berkeley)]
Ein weiteres mit NIRCam aufgenommenes Objekt ist der Carina-Nebel. Er liegt etwa 7.600 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist ein interessantes Objekt für die Untersuchung der Entstehung von Sternen und Planeten. Insbesondere hat das JWST die sogenannten „kosmischen Klippen“ des Nebels fotografiert, die wie eine Reihe von Bergen und Tälern aussehen, aber tatsächlich der Rand einer kolossalen Höhle sind, die von Sternen gebildet wurde, die in den ersten Jahren intensiv ausbrachen seine Gründung ausgestellt. ultraviolettes Licht.
Obwohl frühere Beobachtungen dieser Region Sternentstehung gezeigt haben, ist keines so weit in das Gas und den Staub eingedrungen, wie JWST es jetzt mit der aktuellen Auflösung kann. Die Beobachtungen wurden auch mit Hilfe des Medium Infrared Instrument (MIRI) durchgeführt, das verdächtige, aber zuvor nicht gesehene Sternentstehungsregionen enthüllte.
Astronomen verwendeten NIRCam und MIRI auch zur Beobachtung des Stephan Quintetts, eines visuellen Haufens von fünf Galaxien, der erstmals 1877 beobachtet wurde. Obwohl die Galaxie ganz links kein echtes Mitglied des Haufens ist (sie befindet sich 40 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und die andere vier bis 290 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt), die anderen vier sind gravitativ gebunden und eine sehr gut untersuchte Gruppe, die zeigt, wie Galaxien zerbrechen können, wenn sie zwischen ihnen interagieren.
JWST hat neue Daten von diesen Galaxien erhalten, darunter Haufen junger Sterne und Sternentstehungsregionen, die durch gegenseitige Wechselwirkungen entstanden sind. Das Teleskop stellte sich auch eine Schockwelle vor, die erzeugt wird, wenn der Haufen die Galaxie NGC 7318B durchquert, und die vom supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie NGC 7319 erzeugten Ausgänge. Die hohe Auflösung, die dank der Größe des JWST möglich ist, lieferte auch mehr Details über die Hunderte von Galaxien im Hintergrund, der eigentlich ein weiteres Tiefenfeld ist.
Das neueste Bild, das veröffentlicht wurde, um die Fähigkeiten von NIRCam und MIRI zu demonstrieren, zeigt den südlichen Ringnebel, der von einem etwa 2.500 Lichtjahre entfernten Doppelsternsystem gebildet wird. Darin verlor einer der Sterne am Ende seines Lebens durch regelmäßige Gas- und Staubausstöße einen Großteil seiner Masse. Als sich die Sterne drehten, warfen sie das ausgestoßene Material in ein komplexes Netz von Hüllen. Der Abstand der einzelnen Schalen des Doppelsternpaars und ihre molekulare Zusammensetzung erhellen die jahrtausendealte Geschichte des Systems, ähnlich wie das Studium geologischer Epochen durch die Gesteinsschichten der Erde, und ermöglichen es den Forschern, die Entwicklung dieser Sterne besser zu verstehen Systeme. .
Mit dem NIRISS-Instrument konnte JWST zweifelsfrei nachweisen, dass die atmosphärische Zusammensetzung des großen Gasriesen-Exoplaneten WASP-96 b Wasser enthält, eine der wichtigsten Voraussetzungen für erdähnliches Leben. [Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und STScI]
Die NASA hat auch Daten des Exoplanetensystems WASP-96 vom Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) veröffentlicht. Während einer Beobachtungszeit von 6,4 Stunden beobachtete das Instrument, wie in diesem System ein Gasriese mit der halben Masse und dem 1,2-fachen Durchmesser des Jupiters vor seinem Mutterstern vorbeizog. Es bestätigte frühere Hinweise auf Wasser in der Atmosphäre eines 1.150 Lichtjahre entfernten Planeten und lieferte Hinweise auf Nebel und Wolken, die zuvor nicht entdeckt worden waren.
Das JWST ist auch in der Lage, sich Objekte aus unserem eigenen Sonnensystem vorzustellen. Ein Teil der Kalibrierungen des Teleskops bestand darin, Bilder von Jupiter zu machen, um Objekte abzubilden, die sich schnell durch das Sichtfeld des Teleskops bewegen. Der Feinabstimmungssensor erwies sich als voll funktionsfähig, um sicherzustellen, dass diese Objekte erfolgreich verfolgt und abgebildet werden konnten, und als Vorteil zeigte NIRCam seine Fähigkeit, sich gleichzeitig sowohl den hellen Planeten und seine Ringe als auch weniger sichtbare Monde vorzustellen.
Diese NIRCam-Bilder von Jupiter zeigen, dass das JWST sich schnell bewegende Objekte innerhalb des Sonnensystems verfolgen kann, wie z. B. erdnahe Planeten und Asteroiden, während Objekte in ihrem Sichtfeld sowohl hell als auch schwach sichtbar werden. [Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und STScI]
Zusammengenommen zeigen diese frühen Bilder, dass das JWST in der Lage ist, die wissenschaftlichen Ziele zu erreichen, für die es gebaut wurde: tiefer in die kosmische Geschichte einzutauchen und komplexe astronomische Phänomene klarer als je zuvor zu sehen. Darüber hinaus zeigen die endgültigen Ergebnisse der Inbetriebnahme und Kalibrierung, dass das Teleskop die …