James Webb: Unglaubliche Fotos von Sternentstehungen im Orion-Nebel

James-Webb-Teleskop vor dem Orion-Nebel

Es gibt mal wieder Neuigkeiten vom James-Webb-Teleskop – es hat so tief und so detailreich in den Orion-Nebel hineingeschaut wie noch kein Teleskop jemals zuvor. Was sich dort zwischen den geheimnisvollen Nebelschwaden bloß befindet? 

Wir leben in einer aufregenden Zeit, in der wir dank des James-Webb-Teleskops den Kosmos in so einer atemberaubenden Weise beobachten können, wie noch niemals zuvor. Nehmt beispielsweise mal diese Aufnahme des südlichen Ringnebels, die vom Hubble-Teleskop gemacht wurde. Schon ziemlich schön und beeindruckend. Aber daneben seht ihr die James-Webb-Aufnahme – ein echter Qualitätssprung, oder? Vor allem die Details, die verschiedenen Gasschichten dieses planetarischen Nebels, sehen wir viel deutlicher. 

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Dazu muss man sagen, dass Hubble den Kosmos im optischen Bereich beobachtet, also in dem Bereich des Lichts, den auch unsere Augen wahrnehmen können. James Webb ist hingegen ein Infrarot-Teleskop, aber eine gewisse Vergleichbarkeit gibt es zwischen den Bildern natürlich trotzdem. 

Vergleich von zwei Fotos des Südlichen Ringnebels
Hubble und James Webb: Vergleich von zwei Fotos des Südlichen Ringnebels

James Webb fotografiert den Orion-Nebel

Und nun hat das James-Webb-Teleskop eine der schönsten Regionen der Milchstraße ins Visier genommen, den Orion-Nebel. Eine riesige Ansammlung von interstellarem Gas, das Licht in verschiedenen Farben ausstrahlt. Man nennt solche Gebilde Emmisionsnebel und der Orion-Nebel ist der einzige Emmissionsnebel, der mit bloßem Auge sichtbar ist. Man muss allerdings schon gute Augen haben, um den Nebel am Himmel etwas unter den drei Gürtelsternen des Sternbilds Orions zu finden. Der Gedanke, dass wir mit bloßem Auge diese wunderschöne Struktur sehen können, ist einfach faszinierend. 

Der Orion-Nebel ist 1350 Lichtjahre von uns entfernt, was in kosmischen Maßstäben nicht viel ist. Er besteht aus dichten interstellaren Gaswolken, vor allem Wasserstoff und Helium und er ist eins der am besten untersuchten Sternentstehungsgebiete. Er ist quasi eine Art Sternenkindergarten. Denn Sterne sind nichts anderes als jede Menge Wasserstoff zusammengequetscht. Diese jungen, neu entstandenen Sterne strahlen heiß und hell und versorgen das umliegende Gas mit Energie. Man spricht auch von Ionisation, derselbe Effekt, der uns auf der Erde übrigens Polarlichter beschert, da der energiereiche Sonnenwind die Erdatmosphäre ionisiert. 

Foto des Orion-Nebels von James Webb
James Webb fotografiert den Orion-Nebel

Theta2 Orionis im Visier der Teleskopen

Im Falle des Orion-Nebels führt das dazu, dass der gesamte Gasnebel in den schönsten Farben leuchtet. Im Herzen des Orion-Nebels befinden sich einige unglaublich helle Sterne, wie beispielsweise das System Theta2 Orionis. Es handelt sich um ein Dreifachsternsystem, also drei Sterne, die umeinander orbitieren und das Zentrum eines Systems bilden. Das ist gar nicht mal so selten, wie man meinen könnte. Nach neuesten Schätzungen sind rund die Hälfte aller Systeme in der Milchstraße solche Mehrfachsternsysteme. Und der hellste Stern dieses Systems ist – und jetzt haltet euch fest – 100.000 mal leuchtstärker als unsere Sonne. Wow. 

Und genau diese Region um Theta2 Orionis haben sich sowohl Hubble als auch jetzt James Webb angeschaut. Starten wir mal mit der Aufnahme von Hubble. Der helle Punkt im unteren Teil des Bilds ist Theta Orionis A, der gerade erwähnte Stern. Wieder eine ganz schöne Aufnahme, aber nicht so richtig das, was man erwartet, wenn man einen bunten energetisierten Nebel mit einem super heißen Stern sehen will, oder? 

Vergleich von zwei Bildern des Orion-Nebels
Orion-Nebel: Vergleich zwischen den Fotos von Hubble und James Webb

Da schafft James Webb Abhilfe. Das Bild daneben sieht schon besser aus, oder? Hier können wir im Detail die dichten Schichten aus interstellarem Gas bewundern und sehen ganz genau, wie unfassbar leuchtstark Theta Orionis A ist und vor allem auch, wie sehr dieser Stern die umliegenden Wasserstoff-Schwaden ionisiert. Hier kann niemand mehr bestreiten, dass das James Webb Teleskop ein riesiger technologischer Sprung nach vorne ist. 

Mehr Verständnis über Sternengeburten durch James Webb

Das Ganze ist natürlich nicht nur schön, sondern auch wissenschaftlich sehr wertvoll.  Die Astrophysikerin Els Peeters von der Western University in Kanadasagt: “Diese Beobachtungen ermöglichen es, besser zu verstehen, wie Sterne die Gas- und Staubwolke, in der sie geboren werden, umwandeln. Junge Sterne emittieren ultraviolette Strahlung direkt in die sie noch umgebende Wolke, und dies verändert die physikalische Form der Wolke ebenso wie ihre chemische Zusammensetzung.”

Nichts verstanden? Was genau nicht?

Die Antwort lässt sich aus dem Tafelbild eigentlich leicht herleiten. Hol dir jetzt das nerdige T-Shirt!

Das erinnert ein wenig an ein Insekt in einem Kokon, das während seiner Entwicklung von diesem Kokon zehrt, aber genau durch diese Entwicklung letztlich den Kokon auch zerreißt und verändert. Genau so zehren die jungen Sterne anfangs von dem Gasnebel, nur um ihn dann durch ihre Energieausbrüche in Mitleidenschaft zu ziehen. Und ein Aspekt ist auf der Aufnahme besonders zu erwähnen und zwar dieser neblige Querbalken direkt über Theta Orionis A. Es handelt sich um eine Struktur namens Orion-Balken, die aus noch dichterem Gas besteht. Das Licht eines Haufens junger, heißer Sterne, des so genannten Trapezium-Haufens, beleuchtet die Szene von der oberen rechten Ecke aus; dieses grelle, ionisierende ultraviolette Licht sorgt dafür, dass der Balken langsam abgetragen wird. 

Die Region Theta2 Orionis
James Webb: Die Region Theta2 Orionis

James Webb zeigt Foto des Orion-Balkens

Diesen Orion-Balken kann man auf der Hubble-Aufnahme auch erahnen, aber auf dem James-Webb-Bild sehen wir ihn wesentlich besser und das liegt am Infrarot-Licht. Die längeren Wellenlängen des infraroten Lichts – der Bereich, in dem James Webb das Universum betrachtet – sind in der Lage, den Staub zu durchdringen, was uns einen Blick in Regionen ermöglicht, die mit kürzeren Wellenlängen, wie dem sichtbaren Spektrum, unmöglich zu sehen sind. Und das erlaubt uns, ganz neue Vorgänge in kosmischen Regionen wahrzunehmen. Die Astronomin  Emilie Habart sagt: “Wir waren noch nie in der Lage, die feinen Details zu sehen, wie interstellare Materie in dieser Umgebung strukturiert ist, und herauszufinden, wie sich Planetensysteme in Gegenwart dieser harten Strahlung bilden können.” Alleine der Gedanke an potentielle Planeten dort ist super faszinierend. 

Stellt euch mal vor, eine außerirdische Zivilisation entsteht auf einem Planeten inmitten dieser bunten, dichten Gaswolken. Was für einen unglaublichen Nachthimmel müsste man dort haben? Die Daten von James Webb werden derzeit noch ausgewertet und die Chancen stehen sehr gut, dass wir dort Exoplaneten entdecken werden. Schaut euch mal diesen Teil der Aufnahme hier an, für mich eine der spektakulärsten Entdeckungen von James Webb bisher überhaupt. 

Foto von James Webb von einer Akkretionsscheibe
James Webb fotografiert Akkretionsscheibe

Hier sehen wir einen ganz jungen Stern, der sich tatsächlich wie eine Raupe in so einer Art Kokon befindet. Und mitten in dem Kokon sehen wir eine Akkretionsscheibe, also eine Ansammlung von Staub und Gas, die um den jungen Stern herum wirbelt. Und genau so haben auch die Planeten in unserem Sonnensystem vor vier bis fünf Milliarden Jahren begonnen, zumindest die inneren vier Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars. Um die junge Sonne wirbelten in einer Akkretionsscheibe Staub, Steinchen, Eisklumpen und Gas und aus diesem ganzen Zeug entstanden letztlich die Planeten. Wir stehen gerade auf einem Produkt der Akkretionsscheibe. Und genau diesen Prozess hat James Webb hier eingefangen. Ein junger Stern, der in einen Kokon aus interstellarem Gas gebettet ist und um den herum gerade Planeten, Monde und Zwergplaneten entstehen. Bis dann dort wirklich Planeten und vielleicht sogar Leben entsteht, werden noch einige hundert Millionen oder Milliarden Jahre vergehen.

Ihr wollt mehr über dieses Thema erfahren? Dann schaut direkt mal in das Video von Astro-Tim rein:

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Riesen-Molekül entdeckt: Hinweis für außerirdisches Leben?

Riesen-Molekül entdeckt

Das ändert bei der Suche nach außerirdischem Leben alles: Wissenschaftler haben in der Nähe eines jungen Sterns das bisher größte Molekül in einer Planeten-Entstehungs-Scheibe entdeckt! Alles zu dieser kosmischen Entdeckung erfahrt Ihr in diesem Beitrag. 

Wie werden eigentlich Planeten geboren? Ganz einfach: Durch die Gravitation junger Sterne. Überall in unserer Galaxis gibt es gigantische Wolken aus Gas, vor allem Wasserstoff und Helium. Es kann vorkommen, dass diese Gaswolken unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren. Das Gas verdichtet sich immer mehr und aus dem komprimierten Gas entsteht dann ein Stern wie unsere Sonne. Dieser Stern beginnt aufgrund der Schwerkraft allerhand Zeug aus den umliegenden Bereichen der Galaxis um sich zu scharen: Staub, Eisklumpen, Steinchen, weitere Gaswölkchen. Und aus all diesem Kram entsteht dann eine sogenannte protoplanetare Scheibe. 

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Diese Scheibe gab es auch in der Anfangsphase unseres Sonnensystems vor etwa vier bis fünf Milliarden Jahren. Aus dem festen Anteil der protoplanetaren Scheibe entstanden die inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars und aus dem übrig geblieben Gas, das nicht Teil der Sonne wurde, formten sich der Jupiter, der Saturn, der Uranus und der Neptun. 

IRS 48 bietet Einblick in die Frühphase von protoplanetaren Scheiben

Unser Sonnensystem hat schon einige Jahre auf dem Buckel und eignet sich leider nicht so gut, um die Frühphase von Sternsystemen zu untersuchen. Aber genau diese Frühphase ist interessant, um mehr über die Entstehung von Planeten und vielleicht auch über die Entstehung von Leben herauszufinden. Deswegen suchen Astronomen die Galaxis nach ganz jungen Sternsystemen ab, in denen sie diese Frühphase beobachten können. 

Eines dieser noch jungen Systeme ist IRS 48, das etwa 444 Lichtjahre entfernt liegt, also in galaktischen Maßstäben sehr nah an uns dran. Auf dem Bild seht Ihr eine künstliche Darstellung des Systems: der Stern im Zentrum und drumherum eine protoplanetare Scheibe von gigantischem Ausmaß. Hier werden gerade neue Welten geboren und da liegt die Idee nicht so fern, dass hier bereits die Grundbausteine von Leben herumschwirren. Diese Idee hatte auch der Astronom Nashanty Brunken von der Universität Leiden in den Niederlanden und warf mit dem ALMA-Teleskop einen Blick auf die protoplanetare Scheibe von IRS 48. 

Künstlerische Darstellung einer protoplanetaren Scheibe

ALMA steht für Atacama Large Millimeter/submillimeter Array und ist eine Radioteleskopanlage in den chilenischen Anden. Sie besteht aus 66 einzelnen Parabolantennen mit einem Durchmesser von jeweils zwölf Metern. Das ALMA-Teleskop wird vor allem zur Beobachtung von kalter, interstellarer Materie genutzt und ist perfekt geeignet, um mehr über die Planetenentstehung im IRS-48-System zu erfahren. Und was die Forscher der Uni Leiden dann entdeckten, ist wirklich spektakulär: Sie fanden Dimethylether.

Ein Baustein für Zucker und andere Biomoleküle

Dimethylether ist ein Molekül, das neun Atome enthält. Damit ist es das größte Molekül, das Forscher jemals in einer protoplanetaren Scheibe gefunden haben. Und nicht nur das: Dieses sauerstoffhaltige Molekül kann als Baustein für Zucker und andere Biomoleküle dienen. Anders gesagt: Die Forscher haben in einem jungen Sternsystem ein Molekül gefunden, das als Baustein für Leben dienen kann. 

Das bedeutet natürlich nicht, dass in diesem System zwangsläufig Leben entstehen muss. Und es ist auch nicht das erste Mal, dass man Dimethylether im All entdeckt hat. In stellaren Gaswolken fand man es schon öfter, aber noch nie in einer protoplanetaren Scheibe. Die Astronomin Alice Booth von der Universität Leiden formuliert es so: “Eine Zeit lang dachten wir, es sei nicht möglich, diese großen Moleküle zu beobachten. Noch spannender ist, dass wir jetzt wissen, dass diese größeren, komplexen Moleküle für die Bildung von Planeten in der Scheibe zur Verfügung stehen. Das war vorher nicht bekannt, denn in den meisten Systemen sind diese Moleküle im Eis verborgen.“

Staubfallen in protoplanetaren Scheiben

Die Entdeckung wird noch aufsehenerregender dadurch, dass die Forscher das Molekül in einer besonders interessanten Region der protoplanetaren Scheibe entdeckt haben, in der sogenannten Staubfalle. Man hat herausgefunden, dass sich festes Material wie Staub, Steinchen und Eisklumpen um den Stern in einer Art Halbmondform ansammeln, während das Gas einen vollständigen Ring bildet. Diesen Halbmond aus festem Material bezeichnet man als Staubfalle und man nimmt an, dass es in jeder protoplaneten Scheibe zu so einer Verteilung kommt.

Darstellung einer Staubfalle

Wenn wir die Entstehung von Gesteinsplaneten beobachten wollen, die eher für außerirdisches Leben in Frage kommen als Gasplaneten, dann müssen wir in die Staubfalle gucken. Und dass gerade dort Dimethylether gefunden wurde, macht noch mehr Hoffnung darauf, dass die dort entstehenden Planeten irgendwann die Bedingungen für Leben haben könnten. 

Die Entdeckung lief übrigens so ab: Wenn die Strahlung des Sterns die Staubfalle erreicht, lässt sie das Eis dort sublimieren, es wird sofort gasförmig. Wenn man das sublimierte Eis mit dem ALMA-Teleskop betrachtet, kann man anhand des Spektrums die Signatur der enthaltenen Moleküle erkennen. Diese Vorgehensweise funktioniert in der Theorie natürlich bei jeder protoplanetaren Scheibe und nach diesem Durchbruch wird man sicherlich noch viele weitere junge Sternsysteme ins Visier nehmen. Wer weiß, was wir dort finden? Es scheint jedenfalls so zu sein, als wäre ein Grundbaustein für Leben bei der Entstehung von Gesteinsplaneten keine Seltenheit. 

Apropos Eis: Die Kometen, die heute in unserem Sonnensystem herumschwirren, sind ursprünglich aus den Eisklumpen in der protoplanetaren Scheibe unseres Sonnensystems entstanden. Man spricht daher bei Kometen auch immer von Zeitzeugen der Entstehung des Sonnensystems. Im Prinzip waren sie in fast unveränderter Form beinahe von Anfang an dabei. Um mehr über die Entstehung unseres Sonnensystems zu lernen, gibt es im Prinzip zwei Wege: Entweder mit einer Zeitmaschine vier Milliarden Jahre zurückreisen oder mit der Kometenanalyse. Das hat man beispielsweise intensiv mit dem Kometen Tschurimov-Gerasimenko gemacht, liebevoll auch Tschuri genannt. Das ist der erste Komet, auf dem man eine Raumsonde hat landen lassen. 2014 landete dort die Sonde Philae, die die Beschaffenheit intensiv untersucht hat. Das Ganze hat nicht perfekt funktioniert, weil Philae bei der Landung abgeprallt und an einer ungünstigen Stelle von Tschuri aufgekommen ist. Aber man konnte trotzdem einige Erkenntnisse gewinnen. 

Die Astronomin Nienke van der Marel vom Observatorium Leiden sagt zum Thema Moleküle und Kometen: „Wir freuen uns sehr, dass wir nun den gesamten Weg dieser komplexen Moleküle von den Wolken, aus denen sich Sterne bilden, über die sich bildenden Planetenscheiben bis hin zu den Kometen verfolgen können. Wir hoffen, dass wir mit weiteren Beobachtungen dem Verständnis des Ursprungs der präbiotischen Moleküle in unserem Sonnensystem einen Schritt näher kommen können.“

Alles Wichtige über das Riesen-Molekül erfahrt ihr im folgenden Video:


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