James Webbs kuriose Galaxien: Doch kein Urknall?

Darstellung von James-Webb-Teleskop vor dem Urknall

Hat das James-Webb-Teleskop den Urknall widerlegt? Das wird nun immer öfter behauptet und einige Entdeckungen könnten tatsächlich darauf hindeuten. 

Es ist vielleicht DIE größte kosmische Frage überhaupt: Wie hat eigentlich der Weltraum begonnen? Es ist doch so: Man schaut nachts in den Sternenhimmel und ist überwältigt davon, man fühlt sich ratlos und ist erstaunt darüber, dass diese wunderbare Welt existiert. Nur, wie kam das alles überhaupt? 

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Durch die Beobachtung fremder Galaxien und vor allem die Messung der Entfernung zwischen unserer Milchstraße und anderen, weit entfernten Galaxien konnte man sich in den letzten Jahrzehnten ein schlüssiges Bild von der Entwicklung des Kosmos machen, von der sogenannten Kosmologie. Hier ist der aktuelle Stand der Kenntnisse: Unser Universum ist ein mehrdimensionaler, mindestens vierdimensionaler Raum, der gefüllt ist mit hunderten Milliarden, vielleicht über einer Billionen Galaxien, die wiederum jeweils Milliarden Sterne und Planeten enthalten. Dieser Raum, gefüllt mit den Galaxien, expandiert. Der Kosmos  wird immer größer und die meisten Galaxien entfernen sich voneinander. Der Kosmos ist wie ein Rosinenkuchen. Man steckt den Teig mit den Rosinen in den Ofen. Aufgrund der Hefe backt der Kuchen auf, wird größer und währenddessen bewegen die Rosinen sich voneinander weg. Der Weltraum ist also der Teig, die Galaxien die Rosinen und die Hefe ist die ominöse Dunkle Energie und die Kraft des Urknalls. Und damit wären wir beim Thema, denn der Beginn dieser ganzen kosmologischen Entwicklung war nach der Ansicht der allermeisten Wissenschaftler der Urknall. 

James Webb Deepfield
Jede Menge Galaxien: Das Deep Field von James Webb

Als die Singularität zu wachsen begann

Grob gesagt, war die gesamte Materie und Energie des Kosmos, alles was es gibt, in einer winzigen Singularität, also einem Punkt ohne Ausdehnung zusammengequetscht. Ihr wart irgendwie also schon dabei. Neben und vor dieser Ursingularität war nach dieser allgemein anerkannten Theorie nichts. Plötzlich begann die Singularität zu wachsen und zu wachsen. Anfangs war der Kosmos winzig klein wie ein Staubkorn, dann wie ein Fußball und dann immer größer bis heute. 

Die Energie des Urknalls wirkt immer noch nach und wird ergänzt durch die Dunkle Energie, die dafür sorgt, dass der Kosmos nicht langsamer wächst oder gar schrumpft, sondern dass er immer schneller immer größer wird. Sozusagen eine Art Super-Hefe. Dieses Anfangsereignis kann man ziemlich genau auf einen Zeitpunkt von vor 13,8 Milliarden Jahren zurück rechnen. So weit, so gut, ist ja eigentlich alles geklärt. 

Die älteste Galaxie des Kosmos

Leider ist es doch nicht so unkompliziert. Denn jetzt kommt das James-Webb-Teleskop ins Spiel. Dieses revolutionäre Weltraumteleskop versorgt uns seit einigen Wochen mit fantastischen Bildern des Kosmos und hat wohl schon die Rekorde früherer Weltraumteleskope wie Hubble gebrochen und direkt mehrere Kandidaten für die älteste Galaxie des Kosmos aufgespürt. Und diese Galaxien sind gelinde gesagt… seltsam. Einige von ihnen sehen wir so, wie sie nur 200 bis 300 Millionen Jahre nach dem Urknall aussahen. Zur Erinnerung: Der Urknall geschah vor fast 14 Milliarden Jahren, diese Galaxien waren schon wenige 100 Millionen Jahre danach da. Jetzt könnte man ja sagen: Ok, kein Problem, auch Galaxien müssen ja mal klein anfangen… Grundsätzlich ja, aber diese Galaxien sind voll ausgebildet. Sie sind so leuchtstark wie unsere Milchstraße, besitzen hunderte Milliarden Sterne und eine Masse, die mit ausgewachsenen Galaxien mithalten kann. Das bedeutet wahrscheinlich, dass sie in ihrem Zentrum auch schon schwere supermassive Schwarze Löcher haben. Einfacher gesagt: Es handelt sich nicht um kosmische Babies, sondern um ausgewachsene, fertige Galaxien. Und das so kurz nach dem Urknall. 

Symbolbild für James-Webb-Teleskop
Das James-Webb-Teleskop liefert bahnbrechende Erkenntnisse

Der durchschnittliche Stern existiert zehn Milliarden Jahre lang. Wenige 100 Millionen Jahre sind für Sterne also wirklich noch Kindesalter. Die Tatsache, dass James Webb Galaxien entdeckt hat, die schon so erwachsen sind, ist zumindest sehr kurios. Und hat in der astronomischen Szene zu einiger Unruhe geführt. 

Das Problem mit den Zitaten des Eric Lerner

Seit einigen Tagen geistern sogar vermeintliche Zitate von Kosmologen durch die Medien, in denen behauptet wird, James Webb hätte den Urknall widerlegt. Die Hintergrundstory ist ein wenig kurios, denn diese Zitate wurden vom amerikanischen Populärwissenschaftler Eric Lerner in die Welt gesetzt, der schon seit langer Zeit gegen den Urknall argumentiert. Das Problem ist nur, dass die von Lerner zitierten Kosmologen bestreiten, diese Dinge jemals in diesem Zusammenhang behauptet zu haben. Zum Beispiel hat Eric Lerner in einem viel geteilten Artikel die Astronomin Allison Kirkpatrick mit den Worten zitiert: “Im Moment liege ich nachts um drei Uhr wach und frage mich, ob alles, was ich getan habe, falsch war.” Und behauptet, dass sie damit den Urknall anzweifeln würde. Allerdings ist die Aussage komplett aus dem Zusammenhang gerissen und Allison Kirkpatrick hat nun sogar ihren Twitternamen in Allison the Big Bang happened Kirkpatrick geändert, um zu zeigen, dass sie fehlerhaft zitiert wurde. 

Allison Kirkpatrick hat sich noch etwas ausführlicher zu der Sache geäußert und zwar wie folgt: “Wir als Wissenschaftler haben die Verantwortung, die Öffentlichkeit aufzuklären, und ich nehme diese Verantwortung sehr ernst. Wenn man die Öffentlichkeit absichtlich in die Irre führt, wird es für sie schwierig, echten Wissenschaftlern zu vertrauen und Fakten von Fiktion zu unterscheiden.”

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Starke Beweise für Urknall bleiben bestehen

Die Situation ist ein wenig undurchschaubar. So oder so existiert aber gerade jede Menge Unruhe über die Funde von James Webb. Und eine wirkliche Erklärung gibt es für die rätselhaften Entdeckungen noch nicht. Aber – und das ist ein großes aber – das bedeutet nicht, dass die Urknalltheorie widerlegt sei. All die Hinweise, die auf ein Ereignis wie den Urknall hindeuten, sind noch da. Die Expansion des Universums, die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns beweist, dass der Weltraum einst viel kleiner war und der Umstand, dass es eine gewisse Raum- und Zeitgrenze des Universums zu geben scheint, hinter die wir schlicht nicht schauen können. 

All diese Fragmente sind starke Anhaltspunkte dafür, dass das Universum in einem singulären Ereignis begonnen hat. Und die Mehrheit der Kosmologen hält trotz der James-Webb-Funde weiterhin am Urknall fest. Die kuriosen Galaxien, die James Webb gefunden hat, deuten womöglich “nur” darauf hin, dass wir vielleicht beim Alter des Universums falsch liegen.

Vielleicht hatten diese Galaxien doch mehr Zeit, um sich zu entwickeln und unsere Altersschätzung von 13,8 Milliarden Jahren ist falsch. Aber das bedeutet doch nicht, dass es keinen Anfangspunkt gab. Gegner der Urknalltheorie müssen sich letztlich auch die Frage gefallen lassen, wie der Weltraum denn dann begonnen hat. Die Expansion des Kosmos zeigt uns eindeutig, dass der Weltraum eine Entwicklung durchläuft. Was war der Anfang dieser Entwicklung, wenn man den Urknall ablehnt? 

Also: Die James-Webb-Entdeckungen sind revolutionär und sicherlich rütteln sie an unseren bisherigen kosmologischen Thesen über das Alter des Universums. Aber am Urknall selbst? Wohl eher nicht. 

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James Webb Teleskop: Diese Bilder sind atemberaubend

Foto vom James Webb Teleskop

Von Kosmischen Klippen bis Gravitationslinsen: Die ersten Fotos vom James Webb Teleskop sind da. Es ist wohl das Astronomie-Ereignis des Jahres. Und die Fotos sind mehr als beeindruckend.

Die letzten Tage waren aufregend. Es wurden endlich die Bilder veröffentlicht, auf die wir alle seit Monaten warten. Seit Dezember befindet sich das James Webb Teleskop, das beste jemals von Menschen gebaute Weltraumteleskop, im All und nun, mehr als ein halbes Jahr später haben wir endlich die ersten richtigen Aufnahmen vorliegen, die ihr euch hier im Detail angucken könnt.

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Bild 1: Analyse der Atmosphäre eines Exoplaneten

Foto von der Nasa: Analyse von WASP-96 b

Starten wir mal mit dieser Aufnahme hier. Es handelt sich nicht um ein wirkliches Bild, sondern um die Analyse der Atmosphäre des Exoplaneten WASP-96b, ein sogenannter Super Hot Jupiter, also ein Gasplanet, der größer als der Jupiter, aber aufgrund der Nähe zu seinem Stern sehr viel heißer ist. Auf den ersten Blick ist er ein ziemlicher Höllenplanet, auf dem ultra erhitzte Gasschichten apokalyptische Stürme bilden. Was James Webb hier entdeckt hat, ist absolut unerwartet: Das detaillierte Foto zeigt die eindeutige Signatur von Wasser sowie Hinweise auf Dunst und Wolken, die bei früheren Untersuchungen dieses Planeten nicht entdeckt wurden. Wenn es selbst auf solch einem Höllenplaneten verdunstetes Wasser in der Atmosphäre gibt, spricht viel dafür, dass überall in unserer Galaxis Wasser vorhanden ist. Mit dem ersten Nachweis von Wasser in der Atmosphäre eines Exoplaneten soll James Webb nun Hunderte von anderen Systemen untersuchen – wir dürfen also gespannt sein, was wir in der Atmosphäre anderer erdähnlicher Exoplaneten finden werden. Es kann gut sein, dass die Entdeckung von Biosignaturen, also organischen Stoffen auf einem fremden Planeten, nicht mehr in weiter Ferne liegt. 

Bild 2: Der südliche Ringnebel

Der südliche Ringnebel: Fotografiert vom James Webb Teleskop

Diese Aufnahme ist unfassbar beeindruckend. Wir sehen hier den südlichen Ringnebel, ein klassischer planetarischer Nebel. Es handelt sich um eine sich ausdehnende Gaswolke in 2.000 Lichtjahren Entfernung, die einen sterbenden Stern umgibt. Planetarische Nebel stellen das Ende von durchschnittlich großen Sternen wie unserer Sonne da. Diese Sterne blähen sich zum Roten Riesen auf, verlieren dabei Gas und implodieren dann zum Weißen Zwerg. Zurück bleibt ein schön symmetrischer Gasnebel. Die leistungsstarken Infrarot-Augen von James Webb zeigen uns hier zum ersten Mal einen zweiten sterbenden Stern, der vorher noch völlig unbekannt war. Unten seht Ihr einen Vergleich zwischen den Aufnahmen des südlichen Ringnebels links durch Hubble und rechts durch James Webb. Was für ein unglaublicher Unterschied!

Bild 3: Foto von Stephans Quintett

Stephans Quintett, fotografiert vom James Webb Teleskop

Dann haben wir diese Wahnsinnsaufnahme von Stephans Quintett, eine Gruppe von Galaxien, die gravitativ aneinander gebunden sind. Durch James Webb können wir in noch nie dagewesenem Ausmaße die Wechselwirkung zwischen diesen Galaxien sehen. Sterne entstehen aus Gas, vor allem Wasserstoff, und wenn zwei Galaxien miteinander verschmelzen, dann kommt es zu massiver Entstehung neuer Sterne. Der Blick von James Webb auf Stephans Quintett wird uns helfen, die Sternentstehung durch wechselwirkende Galaxien so gut zu verstehen wie noch nie zuvor. Man muss sich mal klar machen, was wir hier sehen: Funkelnde Sternhaufen mit Millionen jungen Sternen und Starburst-Regionen, in denen neue Sterne entstehen. Schwungvolle Schweife aus Gas, Staub und Sternen werden aufgrund gravitativer Wechselwirkungen von mehreren der Galaxien weggezogen. Wir sehen hier nichts anderes als das Schicksal, das auch unserer Galaxis, der Milchstraße, in mehreren Milliarden Jahren blühen wird, wenn sie mit der Andromeda-Galaxie kollidieren wird. Dann werden wir auch in eine Starburst-Ära, also in eine Zeit intensiver neuer Sternentstehung eintreten.

Bild 4: James Webb fotografiert Carina-Nebel

Die Kosmischen Klippen im Carina-Nebel

Als nächstes kommen wir zu einem echten Highlight-Foto: Der Aufnahme der sogenannten Kosmischen Klippen am Rande des Carina-Nebels. Der Carina-Nebel war schon immer eins der populärsten Beobachtungsobjekte im Weltraum, doch diese Details übertreffen alles. Unten wieder der Vergleich zwischen der Hubble-Aufnahme und der von James Webb. 

Vergleich zwischen dem Hubble-Foto und dem James Webb Foto: Der Carina Nebel

Der Blick von Webb auf die diese Kosmischen Klippen im Carina-Nebel enthüllt die frühesten, schnellen Phasen der Sternentstehung, die bisher verborgen waren. Im oberen Bereich des Bilds sehen wir hunderte vorher unbekannte Sterne, die noch relativ jung sind, also erst einige Millionen Jahre alt – für Sterne quasi noch Kindesalter. Diese jungen Sterne drücken durch ihre Strahlung den Rest des Nebels zusammen, wodurch diese deutliche Zweiteilung des Bildes entsteht. Was wir hier sehen, ist nicht weniger als das kosmische Material, aus dem auch wir bestehen. All die Elemente unseres Körpers wurden irgendwann mal im Weltraum erbrütet, auch wenn es kitschig klingt: Wir sind alle Sternenstaub.

Bild 5: Das James Webb Deep Field

Das wohl beste Foto: Das James Webb Deep Field

Und schließlich das wohl bedeutsamste Bild, das schon den Namen James Webb Deep Field bekommen hat: Das bisher schärfste und tiefste Infrarotbild des Universums überhaupt. Wir sehen hier den Galaxienhaufen SMACS0723, dessen Licht 4,6 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war. Wie unvorstellbar dieses Bild ist, seht Ihr auch an diesem Vergleich. 

Vergleich des Deep Field zwischen Hubble und James Webb

Oben links derselbe Galaxienhaufen, fotografiert vom Hubble-Weltraum-Teleskop, das dafür mehrere Wochen benötigte, und daneben das Bild von James Webb, das in nur zwölf einhalb Stunden entstanden ist. Das ist wirklich ein enormer Qualitätssprung, so ein wenig wie der Sprung von DVD auf Blue-Ray oder so. Und noch etwas Unglaubliches: Das Bild von James Webb deckt einen Himmelsausschnitt ab, der nur etwa so groß ist wie ein Sandkorn, das jemand auf der Erde mit ausgestrecktem Arm Richtung Himmel hält. In einem solch winzigen Teil des Himmels verbirgt sich so etwas Unglaubliches: Unmengen von Galaxien mit Milliarden Planeten und Sternen. Unfassbar. Das wirklich faszinierende an dem Bild ist aber, dass der Galaxienhaufen nur Mittel zum Zweck ist. Er wird als Gravitationslinse genutzt, um einige der am weitesten entfernten Galaxien zu finden, die jemals entdeckt wurden. Schwerkraft krümmt Raum, Zeit und sogar das Licht und dadurch können wir schwere Objekte nutzen, um noch tiefer in den Weltraum zu schauen. Diesen Effekt nennt man Gravitationslinse und das James Webb Teleskop nutzt den Galaxienhaufen als gigantische Gravitationslinse, um den tiefsten Blick in den Weltraum vorzunehmen, den wir jemals gewagt haben. 

Buch Können wir auf Gravitationswellen surfen

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Allerdings kratzt dieses Bild nur an der Oberfläche der Fähigkeiten von James Webb bei der Untersuchung des ganz frühen Universums. Wir können uns in Zukunft auf noch spektakulärere Deep Fields, auf noch tiefere Blicke in die Zeit kurz nach dem Urknall freuen. Nur zu Erinnerung: Das James Webb Teleskop soll mindestens 20 Jahre in Betrieb sein, diese ersten Bilder hier sind wirklich nur die Spitze des Eisbergs. Uns stehen wissenschaftlich gesehen fantastische Zeiten bevor. 

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