Heute, 365 Tage nachdem die NASA die ersten Daten und Bilder für die Mission veröffentlicht hat, ist klar, dass JWST mit Gelassenheit ernsthafte wissenschaftliche Erkenntnisse und wunderschöne Aufnahmen liefern kann. Die NASA feiert das einjährige Jubiläum des wissenschaftlichen Debüts von JWST mit … Veröffentlichen Sie ein neues Foto, was die Fähigkeit des Teleskops demonstriert, das Universum neu zu erfinden. Das dramatische und etwas halluzinatorische Bild fängt die Dynamik des Rho-Ophiuchi-Wolkenkomplexes ein, der der Erde am nächsten gelegenen Sternentstehungsregion, in der sich Planetensysteme wie unseres in den frühen Stadien der Entstehung befinden könnten.
„Das Teleskop funktioniert besser, als wir es uns erhofft hatten“, sagte NASA-Astrophysikerin Jane Rigby, die Anfang des Monats Chefwissenschaftlerin des JWST-Projekts wurde.
Rigby sagte, die wissenschaftliche Gemeinschaft sei bei der Planung ihrer Agenda für das erste Jahr der Beobachtungen etwas zurückhaltend gewesen, aber im kommenden Jahr werde die Wissenschaft die Möglichkeiten des Teleskops voll ausschöpfen. „Wir sind im zweiten Jahr viel mutiger geworden.“
Die Reise von JWST um die Sonne verlief nicht ohne Bremsschwellen. Das erste Jahr des wissenschaftlichen Betriebs beinhaltete aus Sicherheitsgründen eine kurze Pause bei der Datenerfassung und eine schwere Kollision mit Weltraumstaub, die die Projektmanager zwang, das Observatorium von nun an mehr oder weniger nach hinten zu verlegen.
Aber Wissenschaftler, die mit den vom Teleskop heruntergeladenen Daten arbeiten, sind von seiner Leistung begeistert, da es den Infrarotteil des Spektrums durchsucht und Licht sammelt, das vom vorherigen Hubble-Weltraumteleskop nicht gesammelt werden konnte.
Die Schlagzeile lautet bisher, dass das JWST im frühen Universum viele überraschend helle Galaxien gesehen hat. Das erwies sich als etwas rätselhaft.
Nein, das JWST hat die Urknalltheorie nicht widerlegt. Die Kosmologie folgte nicht dem Weg der Phrenologie. Aber die Beobachtung von viel Licht aus der frühen Phase der Galaxienentstehung führte zu großer Verunsicherung. Beobachtung und Theorie sind noch nicht vollständig aufeinander abgestimmt.
„Ich denke, es gibt Spannungen“, sagte der Physiker Massimo Steavelli, JWST-Missionsleiter am Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Das lässt sich nicht leugnen, denn die Dinge sind anders, als wir dachten.“
Wichtige Erkenntnisse von JWST
JWST wurde Ende der 1980er Jahre als Nachfolger des noch zu startenden Raumschiffs Hubble geplant, litt jedoch viele Jahre lang unter Verzögerungen und drohenden Begegnungen mit finanzorientierten Gesetzgebern. Es handelt sich um eine Investition von 10 Milliarden US-Dollar. Es ist nicht mit den modularen Funktionen ausgestattet, die Ersatzteile ermöglichen würden, falls etwas passieren sollte.
Es befindet sich auch weit draußen im Weltraum, in einer gravitativ stabilen Umlaufbahn um die Sonne namens L2, die es etwa eine Million Meilen von der Erde entfernt hält. Die NASA verfügt derzeit nicht über Raumschiffe, um Astronauten nach L2 und zurück zu befördern.
All dies trägt zur Freude der Wissenschaftler bei, dass das Teleskop wie geplant funktioniert.
Für ein Teleskop dieser Bauart ist die Jahreszahl recht problematisch. Teleskopspiegel müssen zu kalt gehalten werden, um irgendwo in die Nähe der Sonne zu zeigen. Erwarten Sie also keine schönen JWST-Bilder der Venus. Aber eine vollständige Umlaufbahn gibt dem Teleskop die Chance, den größten Teil des Universums abzudecken.
JWST, das am Weihnachtsmorgen 2021 startete, war tatsächlich eineinhalb Jahre im Orbit unterwegs, aber die ersten sechs Monate waren dem Einsatz seiner riesigen Sammlung vergoldeter Objekte gewidmet Sechseckige Spiegel und ein weitläufiger Sonnenschutz sorgen dafür, dass sie kühl bleibt und ihre Instrumente justiert werden kann.
Das von diesen Spiegeln gesammelte Licht trägt Informationen über mehrere Schichten des Universums, von den entferntesten, schwächsten und kaum wahrnehmbaren Galaxien bis hin zu leuchtenderen Vordergrundgalaxien und den Sternentstehungswolken aus Staub und Gas in unserer eigenen Milchstraße. Es hat unsere unmittelbare Nachbarschaft, das Sonnensystem, untersucht und plakative Bilder von Jupiter und Saturn voller wissenschaftlicher Daten geliefert.
Im frühen Universum führte JWST seine interessantesten und manchmal verwirrendsten Untersuchungen durch. Ziel ist es zu verstehen, wie sich das frühe Universum entwickelte, wie Galaxien entstanden und wie wir dorthin gelangten, wo wir sind – auf einem Planeten, der einen Stern in einem der Spiralarme einer großen Galaxie umkreist.
„Unsere Heimat ist die Milchstraße“, sagte Brant Robertson, theoretischer Astrophysiker an der University of California in Santa Cruz. „Das ist eine Galaxie. Es ist eine wunderschöne Galaxie. Wir können Bilder vom Inneren machen. Aber es stellt sich die Frage: Wie ist sie hierher gekommen? Wie ist sie entstanden?“
Diese kosmische Archäologie ist der Grund, warum JWST überhaupt gebaut wurde. Eine merkwürdige Eigenschaft des Universums ist, dass Licht ewig ist. Es wird schwächer, aber es ist immer noch da, einschließlich des älteren Lichts, das durch die seit dem Urknall stattfindende Ausdehnung des Weltraums größtenteils in den Infrarotteil des Spektrums verschoben wurde. Astrophysiker können JWST in großem Umfang für Forschungszwecke nutzen Galaxien mit einer höheren Rotverschiebung gehen tiefer in die Vergangenheit.
Robertson war Co-Autor eines von zwei kürzlich erschienenen Artikeln, die dies beschreiben Die am weitesten entfernte Galaxie, die bisher vom JWST entdeckt und bestätigt wurde, trägt den Namen JADES-GS-Z13-0. Es wurde bei einer Rotverschiebung von 13,2 gefunden, was etwa 320 Millionen Jahren nach dem Urknall entspricht. Er sagte, es gebe Behauptungen, dass Galaxien mit einer höheren Rotverschiebung existieren könnten, aber sie warten auf eine Bestätigung.
Auf die Frage, wie die Galaxie aussehe, sagte er: „Es ist ein Fleck.“
Aber was wäre, wenn Sie irgendwie in ein Raumschiff steigen und sich durch verschiedene Wurmlöcher in die ferne Vergangenheit transportieren könnten, um neben dieser Galaxie zu schweben? Wie wird es dann aussehen?
„Wenn Sie direkt daneben wären, wäre die Galaxie selbst für Ihre Augen sehr blau, weil sie Sterne bildet“, sagte Robertson. „Im frühen Universum wäre es sehr leuchtend blau.“
Ein Rätsel über frühe Galaxien
Sofort entdeckten Astronomen, die JWST-Daten über das frühe Universum untersuchten, etwas, das alle Erwartungen übertraf: viele Seltsam helle Galaxien.
Helligkeit ist eine Annäherung an die Masse. Daher geht man üblicherweise davon aus, dass sehr helle Galaxien sehr massereich sind. Aber Galaxien brauchen Zeit zum Wachsen. Theoretiker hatten zuvor einen allgemeinen Zeitplan für die Entwicklung früher Galaxien aufgestellt, und die vom JWST entdeckten Galaxien scheinen auf den ersten Blick für ihr Alter bemerkenswert ausgereift zu sein.
Das JWST könnte Wissenschaftlern sagen, dass die Galaxienbildung im frühen Universum irgendwie effizienter war als bisher angenommen.
„Wir müssen einige Anpassungen an unseren Theorien darüber vornehmen, wie diese sehr frühen Galaxien entstanden und ihre Sterne wuchsen“, sagte er. Cihan Kartaltepe, Astrophysiker am Rochester Institute of Technology.
„Nichts, was wir gesehen haben, lässt mich glauben, dass wir die Kosmologie gebrochen haben“, sagte Rigby. „Es zeigt uns, dass die Galaxien früher zusammengearbeitet haben, als wir ihnen zutrauen.“
Im Gegensatz zu dem, was diejenigen von uns, die keine Astrophysiker sind, erwarten würden, könnten Schwarze Löcher ein weiterer Faktor für die Helligkeit dieser frühen Galaxien sein. Obwohl ein Schwarzes Loch per Definition eine Struktur mit einem so intensiven Gravitationsfeld ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann, kann die Region um das Schwarze Loch leuchten, wenn überhitztes Gas und Staub in Richtung des Ereignishorizonts fallen.
Letztes Jahr sah Rebecca Larson, die damals Doktorandin an der University of Texas in Austin war, etwas Seltsames. Während sie Daten einer weit, weit entfernten Galaxie namens CEERS 1019 untersuchte. Sie hatte sie veröffentlicht Licht vor mehr als 13 Milliarden Jahren – als das Universum rollte und Galaxien kleine, schlecht geformte Ansammlungen heißer, junger, leuchtend blauer Sterne waren.
Larson war verwirrt über das ungewöhnlich helle Licht, das aus dem Herzen von CEERS 1019 kam. „Was zum Teufel ist das?“ Ich dachte.
Was Sie richtig vermutet haben, ist ein supermassereiches Schwarzes Loch. Trotz ihres jungen Alters gelang es der Galaxie, ein Schwarzes Loch zu bilden, dessen Masse nach Schätzungen von Wissenschaftlern 10 Millionen Sonnen entspricht. Ein Bericht von Larson und ihren Kollegen beschreibt dies als das erste supermassereiche Schwarze Loch, das jemals entdeckt wurde.
Aufregung auf den äußeren Planeten
Was das vergangene Jahr auch gezeigt hat, ist, dass das JWST, in den Worten des Astrophysikers Garth Illingworth, ein „Spektralzentrum“ ist. Es hat sich als erstaunlich erwiesen, dass es die gesammelten Lichtspektren erfassen kann, die Informationen über das beobachtete Objekt enthalten.
Diese Fähigkeit führte zu einer der ersten großen Entdeckungen des Teleskops: Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Riesenplaneten, WASP 39b, der einen fernen Stern umkreist. Der Planet selbst ist mit der aktuellen Technologie nicht sichtbar. Aber während er vor oder hinter seinem Mutterstern vorbeizieht, kodieren Veränderungen im Sternenlicht Informationen über die Atmosphäre des Planeten.
Bis zur Geschichte des Planeten sei es niemandem gelungen, Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten eindeutig nachzuweisen, sagte Nicole Colon, eine Astrophysikerin der NASA.
„Als wir die spektrale Signatur dieses Merkmals zum ersten Mal sahen, war es wunderschön“, sagte sie. „Es hat uns ins Gesicht getroffen. Das ist ein gewaltiges Signal, das war großartig.“
Um es klar auszudrücken: Die Wissenschaftler, die sich die Spektren ansehen, betrachten grafische Darstellungen der Daten, keine tatsächlichen Bilder. Larson, die das supermassereiche Schwarze Loch entdeckte, war von der spektralen Abbildung einer hellen Zentralregion in dieser Galaxie so beeindruckt, dass sie, wie sie es ausdrückt, „nie auf die Idee gekommen wäre, sich tatsächliche Bilder von JWST anzusehen.“
Dann zeigte Kartaltepe ihr das vom Teleskop aufgenommene Bild der Galaxie. Bemerkenswert ist, dass die Galaxie drei helle Flecken aufweist, wobei sich ein besonders heller Fleck in der Mitte befindet. Dies war Larsons supermassereiches Schwarzes Loch.
„Ich habe gerade angefangen zu weinen“, sagte sie.
