JAMES WEBB
Detaillierter Blick auf 19 nahe Spiralgalaxien
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
31. Januar 2024

Die Forschungskollaboration PHANGS hat jetzt neue Bilder von 19 nahen Galaxien veröffentlicht, die mit dem James Webb Space Telescope aufgenommen wurden. Sie geben einen detaillierten Einblick in die Verteilung der Sterne und des Materials, aus dem sie entstehen. Die Daten sind für die astronomische Forschung ab sofort frei zugänglich.

Blick auf die 19 nahegelegenen Spiralgalaxien, die mit dem Weltraumteleskop James Webb beobachtet wurden. Bild: NASA, ESA, CSA, STScI, Janice Lee (STScI), Thomas Williams (Oxford), PHANGS Team [Großansicht]

Spiralgalaxien sind faszinierende Objekte: Sie verfügen nicht nur über oft bis in die Zentren reichende Spiralarme, sondern auch über Sternentstehungsgebiete, alte Sternhaufen, Staubbänder und manchmal aktive supermassereiche Schwarze Löcher. Ihre genauen Strukturen zu erkennen, ist im sichtbaren Bereich des Lichts nicht immer einfach. Da hat es das Weltraumteleskop James Webb (JWST) leichter, das detailreiche Bilder dieser Objekte im nahen und mittleren Infrarot macht. James Webb beteiligt sich auch am Projekt PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) und 19 Bilder nahegelegener Galaxie von James Webb, die im Rahmen von PHANGS gewonnen wurden, sind nun veröffentlicht worden. An PHANGS sind mehr als 150 Astronominnen und Astronomen weltweit beteiligt.

Bereits vor den Aufnahmen mit James Webb sammelte PHANGS viele Daten mit dem Weltraumteleskop Hubble (HST), dem Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) Instrument des Very Large Telescope (VLT) und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einschließlich Beobachtungen im ultravioletten, sichtbaren und Radiobereich. Die Beiträge von James Webb im nahen und mittleren Infrarot haben nun einige neue wichtige Informationen geliefert: "Die neuen Webb-Bilder sind außergewöhnlich", freut sich Janice Lee, Projektwissenschaftlerin für strategische Initiativen am Space Telescope Science Institute in Baltimore in den USA. "Sie sind selbst für diejenigen Forscher überwältigend, die sich seit Jahrzehnten mit Galaxien beschäftigen. Sie zeigen Details von Blasen und Filamenten bis in die kleinsten jemals beobachteten Größenordnungen und erzählen eine Geschichte über den Zyklus der Sternentstehung."

Als die Bilder eintrafen, gab es im Team schnell Begeisterung: "Ich habe den Eindruck, dass unser Team ständig von der Detailfülle dieser Bilder überwältigt ist – im positiven Sinne", fügt Thomas Williams, Postdoktorand an der Universität Oxford im Großbritannien und ehemaliger Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA), hinzu. Die Near-Infrared Camera (NIRCam) von James Webb hat auf diesen Bildern Millionen von in verschiedenen Blautönen schimmernde Sternen eingefangen. Einige davon sind in den Spiralarmen verteilt, andere wiederum liegen in Sternhaufen dicht beieinander. Die Daten des Mid-Infrared Instrument (MIRI) des Teleskops heben leuchtenden Staub hervor und zeigen, wo er sich hinter, um und zwischen den Sternen befindet.

Außerdem werden Sterne sichtbar, die sich bisher nicht vollständig entwickelt haben – sie sind noch von Gas und Staub umhüllt - Material, das sie für ihr weiteres Wachstum nutzen. Sie erscheinen wie helle, rote Perlen an den Spitzen der staubigen Kuppen. "Hier finden wir die jüngsten, massereichsten Sterne in den Galaxien", sagt Erik Rosolowsky, Physikprofessor an der University of Alberta im kanadischen Edmonton. "Wir sind stolz darauf, zu dem überwältigenden Erfolg von MIRI beigetragen zu haben. Diese wunderbaren Bilder sind der Lohn für jahrzehntelange harte Arbeit", sagt Oliver Krause vom MPIA. Er leitet die Forschungsgruppe für Infrarot-Weltraumastronomie am MPIA und ist verantwortlich für die technischen Beiträge des Instituts zum JWST.

Die Bilder des JWST zeigen außerdem große, kugelrunde Löcher in Gas und Staub. "Diese Hohlräume könnten von einem oder mehreren explodierten Sternen stammen, die riesige Löcher in das Material zwischen den Sternen gerissen haben", erklärt Adam Leroy, Professor für Astronomie an der Ohio State University in den USA. "Wir sehen diese Spuren nur auf den Bildern des JWST." Auf den Bildern sind außerdem rot und orange erscheinende Gasregionen zu sehen. "Diese Strukturen neigen dazu, in bestimmten Teilen der Galaxien dem gleichen Muster zu folgen", so Rosolowsky. "Wir können sie uns wie Wellen vorstellen. Ihre Abstände sagen uns viel darüber, wie eine Galaxie ihr Gas und ihren Staub verteilt." Die Erforschung dieser Strukturen wird entscheidende Erkenntnisse darüber liefern, wie Galaxien Sternentstehung einleiten, aufrechterhalten und unterbinden.

Die Astronomie geht davon aus, dass Galaxien von innen nach außen wachsen: Die Sternentstehung beginnt im Zentrum der Galaxie und breitet sich entlang ihrer Arme spiralförmig von dort aus. Je weiter ein Stern vom galaktischen Zentrum entfernt ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er auch jünger ist. Im Gegensatz dazu bestehen die Bereiche in der Nähe der Kernregionen, die eher bläulich erscheinen, aus älteren Sternen. Es finden sich allerdings auch Galaxienkernen, die mit rosa-roten Beugungsstrahlen durchsetzt sind. Sie entstehen, wenn Licht von hellen und kompakten Objekten in das Teleskop eintritt und auf Strukturen wie die Sekundärspiegelhalterung trifft. "Das ist ein klares Zeichen für ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch", sagt Eva Schinnerer, Forschungsgruppenleiterin am MPIA und Leiterin der PHANGS-Kollaboration. "Oder die Sternhaufen im Zentrum sind so hell, dass sie diesen Bereich des Detektors gesättigt haben."

Die PHANGS-Daten sind ein wahrer Schatz für die Astronomie. Das zeigt sich allein schon an der beispiellosen Anzahl von Sternen, die mit dem JWST aufgelöst wurden. "Sterne können Milliarden von Jahren alt werden", erklärt Leroy. "Durch genaues Katalogisieren aller Arten von Sternen können wir einen zuverlässigeren, ganzheitlichen Überblick über ihre Lebenszyklen gewinnen." Das PHANGS-Team hat nicht nur die neuen Bilder, sondern auch den bisher größten Katalog von rund 100.000 Sternhaufen herausgegeben. "Die schiere Zahl an Auswertungen, die mit diesen Bildern möglich sind, übersteigt bei Weitem die Fähigkeiten unseres Teams", betont Rosolowsky und hofft, dass auch andere Wissenschaftler sich an der Analyse der Daten beteiligen, die für die astronomische Forschung nun frei zugänglich sind.