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Das James-Webb-Weltraumteleskop hat funkelnde Bilder von 19 Spiralgalaxien – und den Millionen von Sternen, die sie als Heimat bezeichnen – in beispielloser Detailgenauigkeit aufgenommen, die Astronomen noch nie zuvor gesehen haben.
Webbs einzigartige Fähigkeit, das Universum in verschiedenen Wellenlängen des Infrarotlichts, etwa im nahen und mittleren Infrarot, zu beobachten, zeigt die Sterne, das Gas und den Staub innerhalb der komplexen Struktur jeder Galaxie.
Astronomen gehen davon aus, dass etwa 60 % aller Galaxien Spiralgalaxien sind – und unser Sonnensystem in einem der Spiralarme der Milchstraße liegt. Webbs Beobachtungen können Astronomen helfen, die Sternentstehung und die Entwicklung von Spiralgalaxien wie unserer eigenen besser zu verstehen.
Von vorne betrachtet hat jede Galaxie auf den neuen Bildern Spiralarme voller Sterne. Im Zentrum jeder Galaxie befinden sich Ansammlungen alter Sterne oder supermassereicher Schwarzer Löcher.
Die Beobachtungen wurden im Rahmen des PHANGS-Projekts (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) durchgeführt. Mehr als 100 Astronomen auf der ganzen Welt nehmen an dem Programm teil, das auch Daten des Hubble-Weltraumteleskops, des MUSE-Instruments des Very Large Telescope des Europäischen Weltraumobservatoriums und des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile untersucht.
Die Daten der verschiedenen Teleskope ermöglichen es Astronomen, Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren, ultravioletten und Radiolichts durchzuführen. Das Hinzufügen von Webbs Infrarot-Erkenntnissen kann dazu beitragen, einige der Beobachtungslücken zu schließen.
„Webbs neue Bilder sind außergewöhnlich“, sagte Janice Lee, PHANGS-Kernmitglied und Projektwissenschaftlerin für neue Missionen und strategische Initiativen am Space Telescope Science Institute in Baltimore, in einer Erklärung. „Sie sind selbst für Forscher überwältigend, die dieselben Galaxien jahrzehntelang untersucht haben. Blasen und Filamente werden bis in die kleinsten jemals beobachteten Maßstäbe aufgelöst und erzählen eine Geschichte über den Sternentstehungszyklus.“
Ein Blick in die Spiralen
Astronomen nutzten Webbs Nahinfrarotkamera, um Millionen von Sternen zu beobachten, die in funkelndem Blau zu sehen waren, in Clustern gruppiert waren und sich auch über die Arme der 19 Galaxien verteilten. Unterdessen beleuchtet Webbs Mittelinfrarot-Instrument den leuchtenden Staub, der die Sterne umgibt, sowie rote, sich noch bildende Sterne, die in genau dem Gas und Staub eingehüllt sind, der das Sternwachstum unterstützt.
„Hier können wir die neuesten, massereichsten Sterne in den Galaxien finden“, sagte Erik Rosolowsky, PHANGS-Kernmitglied und Professor für Physik an der University of Alberta in Edmonton, in einer Erklärung.
In Webbs Bildern leuchten die Spiralarme praktisch vor orangefarbenem und rotem Gas. Mithilfe der Bilder sollen Astronomen dabei helfen, die Verteilung von Gas und Staub in Spiralgalaxien zu bestimmen und herauszufinden, wie Galaxien die Sternentstehung sowohl fördern als auch stoppen.
„Diese Strukturen neigen dazu, in bestimmten Teilen der Galaxien dem gleichen Muster zu folgen“, sagte Rosolowsky. „Wir stellen uns diese wie Wellen vor, und ihre Abstände verraten uns viel darüber, wie eine Galaxie ihr Gas und ihren Staub verteilt.“
Webb erfasste auch große, kugelschalenförmige Hohlräume im galaktischen Gas und Staub, die wahrscheinlich durch die Explosionen von Sternen entstanden sind.
„Diese Löcher könnten von einem oder mehreren Sternen entstanden sein, die explodierten und riesige Löcher in die interstellare Materie rissen“, sagte Adam Leroy, PHANGS-Kernmitglied und Professor für Astronomie an der Ohio State University in Columbus, in einer Erklärung.
Die Anatomie einer Galaxie
Astronomen glauben, dass Galaxien von innen nach außen entstehen. Die Sternentstehung beginnt im galaktischen Zentrum, bevor sie sich spiralförmig über die Arme erstreckt. Das bedeutet, dass die Entfernung eines Sterns vom Herzen der Galaxie im Verhältnis zu seinem Alter steht, sodass jüngere Sterne wahrscheinlich weiter vom galaktischen Kern entfernt sind. Gruppierungen blauer Sterne in der Nähe der Zentren jeder Galaxie weisen auf ältere Sterne hin.
Mittlerweile haben einige Galaxien in der Nähe ihres Zentrums rosarote Spitzen.
„Das ist ein klares Zeichen dafür, dass es ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch geben könnte“, sagte Eva Schinnerer, PHANGS-Kernmitglied und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Deutschland, in einer Erklärung. „Oder die Sternhaufen in der Mitte sind so hell, dass sie diesen Bereich des Bildes gesättigt haben.“
Laut Leroy freuen sich die Wissenschaftler vor allem auf die Untersuchung der enormen Anzahl an Sternen, die Webbs neue Bilder zeigen.
„Sterne können Milliarden oder Billionen Jahre leben“, sagte Leroy. „Durch die präzise Katalogisierung aller Arten von Sternen können wir eine zuverlässigere, ganzheitlichere Sicht auf ihre Lebenszyklen erstellen.“
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