Das James Webb Weltraumteleskop hat unsere Sicht auf den Weltraum revolutioniert

(SeaPRwire) –   Vierte Jahrestage sind nicht oft Anlass zur Feier. Aber im Fall des James Webb Space Telescope (JWST), das am 25. Dezember 2021 gestartet wurde, markiert dieser Jahrestag einen wichtigen Übergang.

Bis jetzt war das JWST im Entdeckungsmodus. Eine Generation in der Entstehung zu Kosten von , ist es das leistungsstärkste Teleskop der Geschichte, das in der Lage ist, mit beispielloser Reichweite und Detailtiefe zu beobachten.

Aber wie bei jedem großen neuen wissenschaftlichen Instrument mussten Astronomen das JWST in Aktion sehen, bevor sie die grundlegende Frage beantworten konnten, die die Forschung für Jahrzehnte bestimmen wird: Wie viel unseres Universums können wir sehen?

Das JWST baut auf den Fortschritten auf, die das Hubble Space Telescope seit seinem eigenen Start im Jahr 1990 gemacht hat. Hubble beobachtet den Weltraum hauptsächlich im sichtbaren Bereich des Lichtspektrums – dem Teil, den unsere Augen entwickelt haben, um ihn zu sehen. JWST hingegen sieht hauptsächlich im Infrarotbereich, was es ihm ermöglicht, kosmischen Staub zu durchdringen, kühlere Objekte zu beobachten und in das frühe Universum zu blicken.

Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, bedeutet die Beobachtung von Objekten in immer größeren Entfernungen, immer weiter in die Vergangenheit zu blicken. Und da die Expansion des Universums – die Ausdehnung des Raumes selbst – das sichtbare Licht von den entferntesten Objekten in den Infrarotbereich gestreckt hat, kann JWST nach den ersten Lichtquellen suchen, etwa 100 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Vier Grenzen

Edwin Hubble, amerikanischer Astronom und Namensgeber des Hubble Space Telescope, stellte 1936 fest, dass „Die Geschichte der Astronomie ist eine Geschichte zurückweichender Horizonte.“ Die NASA hat mit Unterstützung der Europäischen Weltraumorganisation und der Canadian Space Agency vier solcher Horizonte identifiziert, Grenzen, die sie mit JWST zu überwinden beabsichtigten.

Erstens ist da die Grenze, die Galileo im frühen 17. Jahrhundert durchquerte, als er ein primitives Perspektivrohr (was wir heute Teleskop nennen würden) auf den Nachthimmel richtete und die uralte, zuvor unüberwindbare Kluft zwischen dem Irdischen und dem Himmlischen überbrückte. Indem er Beweise dafür entdeckte, dass die Erde die Sonne umkreist und nicht umgekehrt, hat Galileo die Erde implizit als nur ein weiteres Mitglied eines Planetensystems neu geordnet.

Jetzt, dank JWST, rückt die tiefe Geschichte des Sonnensystems in den Fokus. Durch die Untersuchung der Oberflächenchemie von Dutzenden eisiger Objekte weit jenseits von Neptun, dem entferntesten Planeten, können JWST-Forscher die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems als Ganzes verfolgen. In der Zwischenzeit erhöht die Entdeckung von Wasser unter Asteroiden – einem Gürtel aus „Trümmern“ zwischen den Umlaufbahnen von Jupiter und Mars – die Möglichkeit, dass Kometen nicht die einzigen Objekte waren, die die Uratmosphäre der Erde mit den Zutaten für das Leben versorgten.

Aber unsere Sonne ist nur ein Stern. Jenseits des Horizonts des Sonnensystems liegen die Hunderte von Milliarden anderer Sterne in unserer Milchstraßengalaxie, von denen viele Planetensysteme beherbergen. Astronomen nutzen JWST, um Systeme in verschiedenen Entwicklungsstadien zu untersuchen – von primitiven „Protosternen“, die gerade erst Gas und Staub ansammeln, der sich schließlich zu einer Scheibe umlaufender Objekte verfestigen wird, bis hin zu voll ausgereiften Planetensystemen wie unserem eigenen. Oder anders als unserem eigenen.

JWST hat in einem Planetensystem nach dem anderen eine Art von Planeten entdeckt, die unserem eigenen System fremd sind. Unser System wurde historisch in zwei Kategorien eingeteilt: Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun) und winzige Gesteinsbrocken (Merkur, Venus, Erde, Mars). Aber dank JWST wissen wir jetzt, dass andere Planetensysteme Varianten enthalten, die Astronomen als Mini-Neptun (Gas um einen felsigen Kern) oder Super-Erde (vielleicht ein ehemaliger Mini-Neptun, der seine Atmosphäre abgeworfen hat) bezeichnen.

Aber unsere Milchstraße ist nur eine Galaxie. Jenseits dieses Horizonts – wie Hubble selbst 1920 entdeckte – liegen andere Galaxien. Wie bei Planetensystemen in der Milchstraße nutzen Astronomen auch JWST, um Galaxien im gesamten Universum zu untersuchen, die sich in verschiedenen Entwicklungsstadien befinden, von Gaswolken über Kollisionen von Gaswolken bis hin zu Sterngeburten und Sternentoden. Einige dieser Tode – explodierende Sterne oder Supernovae – könnten helfen, ein Problem zu erklären, das Astronomen seit einem halben Jahrhundert beschäftigt: Das Universum scheint mehr Staub zu enthalten, als Astronomen erklären können, doch dieser Staub muss irgendwoher kommen. Könnten Supernovae diese Quelle sein? Vorläufige Studien waren vielversprechend.

Supernovae selbst bieten einen weiteren Hinweis auf die Entwicklung des Universums. Wissenschaftler wissen seit den 1950er Jahren, dass aufeinanderfolgende Generationen von Supernovae durch thermonukleare Kräfte, die die grundlegenden Bausteine der Materie auseinanderreißen und neu anordnen, immer schwerere Elemente erzeugen. Von Anfang an war das ultimative Ziel von JWST, die ersten, „reinen“ Galaxien zu finden, frei von allen Elementen außer Wasserstoff und Helium. Um dies zu erreichen, müsste JWST die Grenze überschreiten, die das sichtbare Licht des Hubble Space Telescope selbst nicht überwinden konnte: eine Grenze von etwa einer Milliarde Jahre nach dem Urknall.

Bisher konnte JWST Galaxien, Supernovae und Schwarze Löcher beobachten, die bis zu 300 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückreichen. Obwohl das eine lange Zeitspanne zu sein scheint, ist es nur ein Wimpernschlag in einem Universum, das 13,7 Milliarden Jahre alt ist.

Und die JWST-Forscher fangen gerade erst an. Sie erwarten, dass das JWST-Projekt bis weit in die 2040er Jahre dauern wird. Das sind noch viele weitere Jahrestage. Wir sollten hoffen, dass sie alle so feierlich sind wie dieser.