Webbs erstes Deep Field

Tiefenfeld-Aufnahme des Weltraumteleskops James Webb im südlichen Sternbild Fliegender Fisch

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, NIRCam

Dieses ist das detailreichste, schärfste Infrarotbild des Kosmos, das bisher gemacht wurde. Der Blick auf das frühe Universum im südlichen Sternbild Fliegender Fisch entstand im Laufe von 12,5 Stunden Belichtungszeit mit dem Instrument NIRCam am Weltraumteleskop James Webb.

Die Sterne mit je sechs Zacken liegen weit innerhalb unserer Milchstraße. Diese Beugungsmuster sind charakteristisch für Webbs 18 sechseckige Spiegelsegmente, die zusammen wie ein einziger, 6,5 Meter großer Primärspiegel agieren.

Die Tausenden Galaxien, welche das Sichtfeld füllen, gehören zum etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxienhaufen SMACS0723-73. Die leuchtenden Bögen, die das detailreiche Bild regelrecht übersäen, sind noch weiter entfernte Galaxien. Ihre Bilder werden durch die Masse des Galaxienhaufens, die von Dunkler Materie bestimmt wird, verzerrt und vergrößert. Dieser Effekt ist als Gravitationslinslinseneffekt bekannt.

Wenn man das Licht der beiden getrennten Bögen unter dem hellen, gezackten Stern mit Webbs Instrument NIRISS untersucht, legt das zur Vermutung nahe, dass beide Bögen Bilder derselben Hintergrundgalaxie sind. Das Licht dieser Galaxie brauchte etwa 9,5 Milliarden Jahre, um das Weltraumteleskop James Webb zu erreichen.

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Im Herzen des Virgohaufens

Das Bild zeigt den zentralen Teil des Virgo-Galaxienhaufens, darunter die hellen Galaxien M84 M84, M86 und Markarians Augen.

Bildcredit und Bildrechte: Saulius Adomaitis

Der Virgo-Galaxienhaufen ist der nächstgelegene Galaxienhaufen in der Umgebung der Milchstraße. Er ist so nahe, dass er am Himmel einen Winkel von mehr als 5 Grad einnimmt – das ist etwa der 10-fache Winkeldurchmesser eines Vollmondes. Sein Zentrum ist etwa 70 Millionen Lichtjahre entfernt.

Der nahe Virgohaufen ist ein Galaxienhaufen, der mehr als 2000 Galaxien enthält, er übt eine spürbare Anziehungskraft auf die Galaxien der Lokalen Gruppe in der Umgebung unserer Milchstraße aus. Der Haufen enthält nicht nur Galaxien voller Sterne, sondern auch Gas, das so heiß ist, dass es im Röntgenlicht leuchtet. Die Bewegungen von Galaxien in und um den Haufen lassen vermuten, dass sie mehr Dunkle Materie enthalten als jegliche Materie, die wir sehen können.

Das hier abgebildete Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens enthält helle Messier-Galaxien sowie Markarians Augen links oben, M86 über der Mitte, M84 ganz rechts und die Spiralgalaxie NGC 4388 rechts unten.

Himmlische Überraschung: Welches Bild zeigte APOD zum Geburtstag? (nach 1995)
Deutsche Texte ab 2007
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Zwei Schwarze Löcher tanzen in 3C 75

Diese Darstellung der Radioquelle 3C 75 im Galaxienhaufen Abell 400 wurde aus Röntgen- und Radio-Aufnahmen kombiniert.

Bildcredit: Röntgen: NASA/CXC/D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO/VLA/ NRL

Was passiert im Zentrum der aktiven Galaxie 3C 75? Die beiden hellen Quellen im Zentrum dieses zusammengesetzten Röntgen- (blau) und Radiobildes (rosa) sind supermassive schwarze Löcher, die um einen gemeinsamen Schwerpunkt kreisen. Zusammen liefern sie die Energie der riesigen Radioquelle 3C 75.

Die sehr massereichen Schwarzen Löcher sind 25.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Sie befinden sich in einer Umgebung von viele Millionen Grad heißem Gas, das Röntgenlicht abstrahlt, und stoßen Strahlen aus relativistischen Teilchen aus. Sie befinden sich in den Kernen zweier verschmelzender Galaxien im Galaxienhaufen Abell 400, ihre Entfernung beträgt etwa 300 Millionen Lichtjahre.

Es wird vermutet, dass die beiden sehr massereichen Schwarzen Löcher in einem Doppelsystem durch Gravitation aneinander gebunden sind, denn die einheitlich nach hinten gefegte Erscheinung der Strahlen ist sehr wahrscheinlich auf eine gemeinsame Bewegung zurückzuführen. Man vermutet, dass sie zusammen mit etwa 1200 Kilometern pro Sekunde durch das heiße Gas im Haufen rasen.

Solche spektakulären kosmischen Verschmelzungen kommen in den Umgebungen dicht gedrängter Galaxienhaufen im fernen Universum vermutlich häufig vor. In ihren Endstadien sind Verschmelzungen wahrscheinlich intensive Quellen von Gravitationswellen.

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Simulation TNG50: Ein Galaxienhaufen entsteht

Videocredit: IllustrisTNG-Projekt; Visualisierung: Dylan Nelson (Max-Planck-Institut für Astrophysik) et al.; Musik: Symphonie Nr. 5 (Ludwig van Beethoven) in der YouTube-Audio-Bibliothek

Wie entstehen Galaxienhaufen? Unser Universum bewegt sich zu langsam, um es dabei zu beobachten. Daher werden schnellere Computersimulationen erstellt, um das herauszufinden. Ein aktueller Versuch ist TNG50 von IllustrisTNG, eine Verbesserung der berühmten Illustris-Simulation.

Der erste Teil dieses Videos zeigt, wie sich kosmisches Gas (großteils Wasserstoff) im frühen Universum bis heute zu Galaxien und Galaxienhaufen entwickelt. Hellere Farben markieren schneller bewegtes Gas. Während sich das Universum entwickelt, fällt Gas in Gravitationssenken, Galaxien entstehen, Galaxien rotieren, Galaxien kollidieren und verschmelzen, während in den Zentren der Galaxien Schwarze Löcher entstehen und das umgebende Gas mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.

Die zweite Hälfte des Videos werden Sternen erfasst, wir sehen einen Galaxienhaufen mit Gezeitenschweifen und Sternströmen. Der Ausfluss von Schwarzen Löchern in TNG50 ist überraschend komplex, die Details werden mit unserem realen Universum verglichen. Die Erforschung der Gasflüsse im frühen Universum hilft der Menschheit, zu verstehen, wie unsere Erde, die Sonne und das Sonnensystem entstanden sind.

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Earendel: Ein Stern im frühen Universum

Das Bild zeigt den Stern Earendel im fernen Universum der durch einen Galaxienhaufen im Vordergrund so stark vergrößert wird, dass er auf der Erde tausendfach heller erscheint.

Bildcredit: NASA, ESA, B. Welch (JHU), D. Coe (STScI); Bearbeitung: A. Pagan (STScI)

Beschreibung: Ist Earendel der am weitesten entfernte Stern, der je entdeckt wurde? Diese wissenschaftliche Möglichkeit ergab sich, als das Weltraumteleskop Hubble einen riesigen Galaxienhaufen beobachtete. Der Gravitationslinseneffekt dieses Haufens vergrößert und verzerrt eine Galaxie weit dahinter. Diese verzerrte Hintergrundgalaxie ist mit einer Rotverschiebung von 6,2 sehr weit entfernt. Auf diesem Bild erscheint sie als lange rote Kordel. Die Perlen auf der Kette sind wahrscheinlich einzelne Sterne oder Sternhaufen.

Die Linse des Galaxienhaufens erzeugt eine Linie der maximalen Vergrößerung, wo überlagerte Hintergrundobjekte tausendfach vergrößert erscheinen können. Am Schnittpunkt zwischen der Galaxienlinie und der Linie der maximalen Vergrößerung befindet sich eine „Perle“, die vermutlich von einem einzelnen hellen Stern im frühen Universum stammt. Dieser wird nun Earendel genannt.

Künftige Forschungen enthalten vielleicht weiteres Bildmaterial von Hubble und – ziemlich wahrscheinlich – vom neuen James-Webb-Weltraumteleskop, wenn es in naher Zukunft in Betrieb geht. So können sich zeigen, wie sich die Helligkeit von Earendel verändert. Die große Entfernung von Earendel übertrifft die aller bekannten stabilen Sterne. Nur der Stern, bei dessen Explosion GRB 090423 entstand, hatte eine noch höhere Rotverschiebung von 8,2.

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Der Fornax-Galaxienhaufen

Der Fornax-Galaxienhaufen mit den markanten Galaxien NGC 1399, NGC 1404 und NGC 1365.

Bildcredit und Bildrechte: Marco Lorenzi, Angus Lau, Tommy Tse

Beschreibung: Der Fornax-Galaxienhaufen ist nach dem südlichen Sternbild benannt, in dem sich die meisten seiner Galaxien befinden. Er ist einer der nächstliegenden Galaxienhaufen. Seine Entfernung beträgt etwa 62 Millionen Lichtjahre, er ist somit fast 20-mal weiter entfernt als die benachbarte Andromedagalaxie und nur etwa 10 Prozent weiter als der bekanntere und dichter bevölkerte Virgo-Galaxienhaufen.

In diesem zwei Grad weiten Sichtfeld ist fast jeder sichtbare gelbliche Klecks eine elliptische Galaxie im Fornaxhaufen. Die elliptischen Galaxien NGC 1399 und NGC 1404 links oben sind markante helle Haufengalaxien, nicht aber die gezackten Sterne im Vordergrund. Rechts unten seht ihr die Balkenspiralgalaxie NGC 1365, ein markantes Mitglied des Fornax-Galaxienhaufens.

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SN Requiem: Eine Supernova, die wir schon dreimal gesehen haben

AT 2016jka, auch SN Requiem im Sternbild Walfisch wurde schon dreimal beobachtet, sehen wir sie in 16 Jahren ein viertes Mal?

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble; Daten: S. A. Rodney (U. South Carolina) et al.; Bildbearbeitung: J. DePasquale (STScI)

Beschreibung: Wir haben diese Supernova schon dreimal gesehen – wann sehen wir sie zum vierten Mal? Wenn ein weit entfernter Stern als Supernova explodiert, haben wir Glück, wenn wir sie überhaupt sehen. Im Fall von AT 2016jka („SN Requiem“) zeigt ein Vergleich von Bildern des Weltraumteleskops Hubble, dass wir die Supernova dreimal gesehen haben, weil der explodierende Stern zufällig hinter dem Zentrum eines Galaxienhaufens lag (in diesem Fall MACS J0138).

Die drei Supernovabilder sind im linken Bild aus dem Jahr 2016 unten mit Kreisen markiert. Im rechten Bild, das 2019 aufgenommen wurde, sind die Kreise leer, weil alle drei Bilder der Einzel-Supernova schon verblasst waren. Ein Computermodell der Haufenlinse lässt jedoch vermuten, dass eines Tages im oberen Kreis auf der rechten Seite ein viertes Bild derselben Supernova erscheinen könnte. Aber wann?

Die besten Modelle schätzen, dass es im Jahr 2037 so weit sein wird, aber wegen der Unsicherheit der Massenverteilung in der Haufenlinse und der Helligkeitsentwicklung der Sternexplosion gibt es für dieses Datum eine Unsicherheit von zwei Jahren. Mit besseren Vorhersagen und genauer Überwachung könnten Erdlinge in 16 Jahren vielleicht dieses vierte Bild beobachten – und dabei mehr über Galaxienhaufen und Supernovae in Erfahrung bringen.

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Abell 3827: Gravitationslinse eines Galaxienhaufens

Der Haufen Abell 3827 streut das Licht einer fernen Hintergrundgalaxie, sodass wir mehrere Bilder dieser Galaxie sehen.

Bildcredit: ESA/Hubble und NASA, R. Massey

Beschreibung: Ist das eine Galaxie oder sind es drei? Auf diesem Hubblebild des massereichen Galaxienhaufens Abell 3827 befindet sich rechts eine anscheinend höchst ungewöhnliche Galaxie – sie ist gekrümmt und hat drei Zentren. Eine genaue Analyse zeigt jedoch, dass es drei Bilder derselben Hintergrundgalaxie sind – und dass es mindestens vier weitere Bilder gibt.

Das Licht, das wir von dieser einzelnen blauen Galaxie im Hintergrund sehen, nimmt mehrere Wege durch die komplexe Gravitation des Haufens, so wie ein einzelnes fernes Licht mehrere Wege durch den Stiel eines Weinglases nehmen kann. Wenn man erforscht, auf welche Weise ein Haufen wie Abell 3827 und seine Bestandteile fernes Licht ablenkt, erhält man Information darüber, wie die Masse und die dunkle Materie darin verteilt sind.

Abell 3827 ist mit einer Rotverschiebung von 0,1 so weit entfernt, dass das Licht, das wir von ihm sehen, vor etwa 1,3 Milliarden Jahren abgestrahlt wurde, noch vor der Zeit, als Dinosaurier die Erde bewohnten. Daher sind die zentralen Galaxien des Haufens mittlerweile sicherlich bei einem Fest an galaktischem Kannibalismus zu einer riesigen Galaxie nahe dem Haufenzentrum verschmolzen.

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Messier 99

Messier 99, auch als M99 oder NGC 4254 katalogisiert, ist eine Galaxie des Virgo-Galaxienhaufens im Sternbild Haar der Berenike.

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, Janice Lee; Bearbeitung und Bildrechte: Leo Shatz

Beschreibung: Die imposante Spiralgalaxie Messier 99 wirkt majestätisch in einem wahrhaft kosmischen Ausmaß. Dieses kürzlich bearbeitete vollständige Galaxienporträt umfasst mehr als 70.000 Lichtjahre von M99. Die scharfe Ansicht ist eine Kombination aus ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bilddaten des Weltraumteleskops Hubble.

Die von oben sichtbare Spirale ist etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt und liegt im gestriegelten Sternbild Haar der Berenike (Coma Bernices). Sie gehört zum nahe gelegenen Virgo-Galaxienhaufen und ist auch als NGC 4254 katalogisiert. Eine enge Begegnung mit einem anderen Mitglied des Virgo-Galaxienhaufens beeinflusste wahrscheinlich die Form ihrer ausgeprägten blauen Spiralarme.

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Markarjans Kette

Die Markarjansche Kette mit den Galaxien M84 (unten) und M86 sowie NGC 4438 und NGC 4435, auch bekannt als Markarjans Augen.

Bildcredit und Bildrechte: Ginge Anvik

Beschreibung: Die Galaxienkette, die als Markarjansche Kette bekannt ist, liegt nahe dem Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens und reicht über dieses detailreiche Teleskopsichtfeld. Die Kette ist unten in der Mitte von den markanten linsenförmigen Galaxien M84 (unten) und M86 im Bild verankert, von dort aus verläuft die Kette nach rechts oben. Nahe der Mitte erkennt ihr NGC 4438 und NGC 4435, ein Paar wechselwirkender Galaxien, manche kennen sie als Markarjans Augen.

Das Zentrum des Virgohaufens ist schätzungsweise 50 Millionen Lichtjahre entfernt, er ist der nächstgelegene Galaxienhaufen. Mit bis zu 2000 Haufengalaxien hat er einen merklichen gravitativen Einfluss auf unsere Lokale Gruppe. Im Virgohaufen bewegen sich anscheinend mindestens sieben Galaxien der Markarjanschen Kette gemeinsam, die anderen sind anscheinend zufällig Teil der Kette.

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M104, die Sombrerogalaxie

Die Spiralgalaxie M104 im Sternbild Jungfrau am Rand des Virgo-Galaxienhaufens erinnert vom Aussehen her an einen Sombrero.

Bildcredit und Bildrechte: Bray Falls

Beschreibung: Die prächtige Spiralgalaxie M104 ist berühmt für ihr Profil mit einem breiten Rand aus undurchsichtigen Staubbahnen, da man sie fast von der Seite sieht. Die Schneise aus kosmischem Staub ist als Silhouette vor einer ausgedehnten zentralen Wölbung aus Sternen zu sehen und verleiht der Galaxie die Erscheinung eines breitkrempigen Hutes, was zu ihrem landläufigen Namen führte: Sombrerogalaxie.

Diese scharfe optische Ansicht der bekannten Galaxie wurde aus bodenbasierten Bilddaten erstellt und so bearbeitet, dass Details erhalten blieben, die häufig im Glanz der hellen Zentralwölbung von M104 verloren gehen.

Die Sombrerogalaxie ist auch als NGC 4594 bekannt, sie ist im gesamten Spektrum zu sehen und enthält ein zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch. M104 ist ungefähr 50.000 Lichtjahre groß und 28 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie ist eine der größten Galaxien am südlichen Rand des Virgo-Galaxienhaufens. Die farbigen gezackten Vordergrundsterne im Sichtfeld liegen weit innerhalb unserer Milchstraße.

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