Ferne Welten: James Webb fotografiert Exoplaneten

Künstlerischer Darstellung vom James-Webb-Teleskop und einem Exoplaneten

Das James-Webb-Teleskop hat erstmals ein Bild von einer außerirdischen Welt geschossen: einem Planeten in einem fremden Sternsystem. Astronomen sprechen von einem entscheidenden Moment. Und so sieht das Bild aus.  

Heute mal wieder etwas Bahnbrechendes: James Webb hat erstmals ein Bild eines Exoplaneten geliefert. Ein Foto eines Planeten, der sich nicht in unserem Sonnensystem befindet, sondern um einen fremden Stern innerhalb unserer Galaxis kreist. 

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Aber ist das jetzt so etwas Besonderes? Man hat bereits über 5.000 Exoplaneten entdeckt – ein Bruchteil von der Anzahl an Exoplaneten, die es insgesamt in der Milchstraße gibt. Für alle Mathe-Freunde: Es gibt mindestens 200 Milliarden Sterne in der Milchstraße und um fast jeden davon drehen sich mindestens zwei Planeten. Dann kämen wir also schon auf 400 Milliarden Planeten alleine in unserer Galaxis und das ist schon eher eine pessimistische Rechnung. Ob es auf irgendeinem dieser Planeten außerirdisches Leben gibt? Diese Frage können wir vielleicht mit dem James-Webb-Teleskop beantworten. 

Transitmethode: James Webb kann direkt Exoplaneten ablichten

Es handelt sich bei der Aufnahme des Exoplaneten um eine Direktaufnahme. James Webb hat in Richtung dieses 350 Lichtjahre entfernten Sternsystems geschaut, Infrarotwellen aufgenommen und daraus konnte dann das Bild des Planeten erstellt werden. Das ist unglaublich; normalerweise konnten Exoplaneten fast ausschließlich indirekt aufgespürt und untersucht werden und zwar meist durch die Transitmethode. Man beobachtete fremde Sterne und zeichnete deren Helligkeit auf. Wenn es plötzlich zu einer Senkung der Helligkeit kam, die sich aber einige Zeit später wieder ausgeglichen hat, konnte man sich sicher sein, einen Exoplaneten gefunden zu haben. Denn in dem Moment, in dem ein Planet von uns aus gesehen vor seinem Stern entlang wandert, wird ein Teil des Lichts abgeschirmt und die Helligkeit sinkt. James Webb hingegen braucht keine indirekten Methoden, James Webb ist so leistungsstark, dass es Exoplaneten direkt anvisieren und entdecken kann und nicht darauf angewiesen ist, dass ein Planet erst mal vor seinem Stern vorbeiwandert. 

Und das eröffnet uns eine neue Ära der Planetenforschung. Der britische Astrophysik-Professor Sasha Hinkley sagt: “Dies sind die ersten direkten Bilder eines Exoplaneten, die mit James Webb aufgenommen wurden. Das ist ein transformativer Moment. Nicht nur für Webb, sondern auch für die Astronomie im Allgemeinen.” James Webb blickte in die Richtung des Sternbilds Centaurus und untersuchte den Stern HIP65426, der ungefähr doppelt so viel Masse wie unsere Sonne hat. 

James Webb: Foto von Exoplanet HIP65426b

James Webb: Foto des Exoplaneten

Oben seht Ihr die Aufnahmen des Exoplaneten HIP65426b. Auf den ersten Blick sehen die Aufnahmen nur wie verschwommene Punkt aus, aber denkt dran, es sind Direktaufnahmen dieser fernen Welt. Der Planet ist siebenmal so massereich wie der Jupiter, aber etwa dreimal weiter von seinem Stern entfernt als der Neptun von unserer Sonne. Es handelt sich also um einen eisigen Super-Jupiter. Die verschiedenen Farben entstehen durch Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängen des Infrarotlichts. James Webb hat für die verschiedenen Infrarotbereiche jeweils eigene Instrumente an Bord. Die bläulichen Bilder stammen vom Nircam-Instrument, die rötlichen vom Instrument Miri. Das weiße Sternchen auf den Aufnahmen zeigt die Position des Sterns, um den sich der Exoplanet dreht, den man wegen der Helligkeit auf den Aufnahmen ausgeblendet hat. Diese Helligkeit des Zentralgestirns auszublenden, ist gar nicht so einfach. Denn für die Infrarotaugen von James Webb ist der Stern bis zu 10.000 Mal heller als der Exoplanet HIP65426b und überstrahlt die geringe Lichtmenge, die wir vom Planeten empfangen, komplett.

Auf der unteren Aufnahme seht Ihr wie James Webb dieses System standardmäßig sieht. Einfach ein großer heller Licht-Blob des Sterns, der alles andere über strahlt. Glücklicherweise ist das James-Webb-Teleskop mit speziellen Instrumenten ausgerüstet, den sogenannten Koronografen, oder auf englisch Coronagraph.

Aufnahme ohne Koronograf

Die äußeren Bereiche eines Sterns bezeichnet man als Corona. Wenn Koronografen genau vor einem Stern positioniert werden, können sie den Großteil des einfallenden Lichts blockieren. Koronografen werden zum Beispiel auch zur Erforschung der äußersten Schichten der Sonne eingesetzt, wie Ihr unten in einer spektakulären Aufnahme der NASA von unserer Sonne seht. Durch die Verwendung von Koronografen können wir bei unserer Sonne beispielsweise die Helligkeit ausblenden und dadurch Phänomene in ihren Randbereichen untersuchen wie etwa heftige Plasma-Ausbrüche, so genannte Protuberanzen. 

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Und James Webb kann mit Hilfe der Koronografen fremde Sterne ausblenden und so ihre Exoplaneten aufnehmen. Die Astronomin Aarynn Carter von der University of California beschreibt es so: “Die Aufnahme dieses Bildes war wie eine Schatzsuche im Weltraum. Zuerst konnte ich nur das Licht des Sterns sehen, aber mit einer sorgfältigen Bildbearbeitung konnte ich dieses Licht entfernen und den Planeten freilegen.”

Foto von Exoplaneten: Koronografen sind notwendig

Das klingt alles einfacher als es ist – denn leider kann auch der Koronograf nicht das komplette Licht des Sterns ausblenden. Die Astronomen müssen so ein System dann über einen längeren Zeitraum beobachten und können dann nach und nach in Detektivarbeit herausfinden, wo sich der Exoplanet versteckt. Das alles zeigt, um was für eine unglaubliche Maschine es sich beim James-Webb-Teleskop handelt. Die direkte Aufnahme von Exoplaneten gelang vorher nur in absoluten Einzelfällen, jetzt wird sie auf der Tagesordnung stehen. Und diese Daten zeigen auch, dass James Webb in der Lage sein wird, Planeten mit geringerer Masse als je zuvor zu entdecken. Vor James Webb waren wir meist auf die Entdeckung von Super-Jupitern beschränkt, weil die sehr groß, schwerfällig und kaum zu übersehen sind. Aber James Webb wird auch Exo-Uranuse und Exo-Neptuns direkt abbilden können, die nächsten Wochen und Monate werden also wirklich aufregend. 

Vergleich mit der Erde: Das Trappist-1-System

James Webb: Bald Foto von TRAPPIST-1

Vor allem Folgendes sorgt für Spannung: In den kommenden Monaten wird James Webb seine Spiegel auf TRAPPIST-1e richten, einen möglicherweise bewohnbaren Planeten von der Größe der Erde, der nur 39 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Das TRAPPIST-1-System ist vielleicht der vielversprechendste Ort für außerirdisches Leben, den wir kennen. Es enthält sieben erdähnliche Exoplaneten und wenn James Webb hier genauer hinschaut, ist das vermutlich die größte Chance für die Entdeckung von außerirdischem Leben, die es in der Menschheitsgeschichte jemals gab. Aarynn Carter sagt: “Ich denke, das Spannendste ist, dass wir gerade erst angefangen haben. Es werden noch viele weitere Bilder von Exoplaneten folgen, die unser Gesamtverständnis ihrer Physik, Chemie und Entstehung prägen werden. Vielleicht entdecken wir sogar bisher unbekannte Arten von Planeten.”

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