Astronomie: Wenn am Sternenhimmel die Lichter brennen

Glühwürmchen-Glitzer-Galaxie haben die Astronomen diese längliche Kette getauft. Das Licht ihrer Sternklumpen scheint mit etwas Fantasie wie eine Art Weihnachtsschmuck in der Milchstraße anzukommen. NASA, ESA, CSA, STScI, Chris Willott (NRC-Canada), Lamiya Mowla (Wellesley College), Kartheik Iyer (Columbia)

Das „James Webb“-Teleskop hat eine kleine Galaxie fotografiert, die eine Milliarde Lichtjahre entfernte liegt. An ihr lässt sich ablesen, wie die Milchstraße entstanden ist. Um das sensationelle Foto zu machen, waren die Astronomen auf kosmische Hilfe angewiesen.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist darauf ausgelegt, Sterne und Galaxien im jungen Universum abzubilden. In 1,5 Millionen Kilometern Entfernung schwebt es frei von störenden irdischen Einflüssen durchs All: kein Staub, kein Atmosphärenglimmen, das die Linse trüben könnte. So hat Webb schon einige spektakuläre Bilder geliefert von Himmelsobjekten in 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung, deren Licht also 13 Milliarden Jahre lang durchs All raste. Was am Teleskop ankommt, sind Zeugnisse einer lang vergangenen Zeit.

So gesehen hat Webb nur seinen Job gemacht, als es im jungen Universum die „Firefly Sparkle“-Galaxie abbildete, wie Forschende sie genannt haben, englisch für Glühwürmchen-Glitzer. Aber diese Galaxie ist besonders. Nicht nur, weil sie so schön funkelt, sondern, weil sie so klein ist. Sonst tauchen im Webb-Teleskop eher große Galaxien auf.

„Die Firefly-Sparkle-Galaxie und die Milchstraße könnten Geschwister sein“, sagt die Astrophysikerin Catherine Heymans von der Universität Edinburgh. Beide sind zu einer ähnlichen Zeit entstanden, etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall. Was das Webb-Teleskop sieht, sind jedoch die Anfänge der Firefly-Sparkle-Galaxie. In dieser Phase ist sie so ein kosmisches Leichtgewicht, wie es die Milchstraße in einem ähnlichen Entwicklungsstadium wohl auch gewesen sein könnte.

In dieser künstlerischen Darstellung ist die Verzerrung herausgerechnet, die die Milliarden Jahre lange Reise durchs All dem Licht aufzwingt. So könnte die Firefly-Sparkle-Galaxie 600 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums ausgesehen haben. NASA/via REUTERS

Dass die Galaxie so leicht ist, macht sie schwer zu entdecken – eigentlich. Doch hier ging ein Plan der Astronominnen und Astronomen auf: Sie haben eine günstige Himmelskonstellation ausgenutzt. Große Zusammenschlüsse von Galaxien, Galaxiencluster genannt, verformen durch ihre Masse die Raumzeit, sodass Licht, das von dahinterliegenden Objekten kommt, um sie herum gebogen wird. Die massereichen Galaxiencluster wirken wie eine Lupe, Gravitationslinse heißt der Verformungseffekt.

„Eine Messung wie diese ist extrem selten“, sagt Catherine Heymans. „So zarte, kleine Babygalaxien, die sich gerade erst bilden, wären selbst mit dem größten Teleskop im Weltraum nicht zu sehen.“ Erst die Gravitationslinse habe das möglich gemacht.

Seit Jahrzehnten arbeiten Astronomen daran, solche Galaxienlupen zu charakterisieren, damit man versteht, wie genau sie das Licht umlenken. Nur wenn man den Gravitationslinseneffekt des Clusters genau kennt, kann man ihn aus den aufgezeichneten Daten herausrechnen, und nur dann hilft er Teleskopen, besser ins All zu schauen. Die Firefly-Sparkle-Galaxie stand nun so perfekt hinter dem bereits charakterisierten Galaxiencluster MACS J1423, dass ihr eigentlich zu schwaches Licht bis ins Webb-Teleskop reichte. Darüber berichtete nun eine Forschergruppe um die Astronomin Lamiya Mowla vom Wellesley College in Massachusetts im Wissenschaftsjournal Nature.

Die bunte Lichterkette, die sich auf dem Bild präsentiert, verrät einiges über die Entstehung von Galaxien, sagt Heymans, die nicht an der Studie beteiligt war: „Sterne verfärben sich mit fortschreitendem Alter. Dass hier alte, rote Sterne und junge, blaue Sterne so nah beieinanderliegen, bestätigt die These, dass Galaxien wie große Staubsauger Sterne verschiedenen Alters einsammeln.“ Ihr Auftreten belegt, dass Sterne in Galaxien nicht gleichzeitig entstehen müssen, sondern nach und nach heranwachsen können.

Jeweils Hunderte Sterne sammeln sich in zehn Clustern, die sich in Firefly Sparkle ausmachen lassen. Die kosmische Weihnachtsgirlande liefert dazu noch einen Hinweis auf eine weitere Idee zur Galaxienentstehung. Firefly Sparkle wird von zwei kleinen Galaxien begleitet, die so nah beieinander sind, dass alle drei in die Milchstraße hineinpassen würden. Das ist ein Indiz dafür, dass die drei kleinen Galaxien umeinander kreisen und im Begriff sind, sich zu vereinigen. Astronomen vermuten schon länger, dass so im frühen Universum Galaxien entstanden sind.

Die Gefährten der Firefly-Sparkle-Galaxie liefern Belege für eine Theorie zur Galaxienentstehung. NASA/via REUTERS

Unter den größeren Galaxien, die Webb sonst ablichtet, sind weniger als erwartet gerade dabei, sich zu vereinigen. Die Firefly-Sparkle-Messung setze zumindest für das frühe Universum ein Häkchen hinter die Hypothese, sagt Heymans. „Aber wir sollten vorsichtig sein: Nur, weil wir jetzt einen besonders schönen Schmetterling, wie die Firefly-Sparkle-Galaxie, gesehen haben, sollten wir nicht folgern, dass alle Schmetterlinge so aussehen“, sagt sie.

Um die Entstehung von Galaxien zu untersuchen, braucht es Bilder von Galaxien in verschiedenen Entfernungen. Denn die Teleskope empfangen immer nur einen Schnappschuss von einem Zeitpunkt der Galaxien-Entwicklung. Ein Bild einer heranwachsenden kleinen Galaxie ist daher besonders wertvoll – meistens reicht ihr Licht aber nicht bis in die Milchstraße. Mit der perfekten Positionierung hinter der Galaxienlupe hat die Firefly-Sparkle-Galaxie den Astronomen ein frühes Weihnachtsgeschenk gemacht.

Weitere Aufnahmen von Objekten, die Webb durch andere Gravitationslinsen betrachten konnte, werten Forschende noch aus. Es kann also gut sein, dass sich bald noch mehr Babyfotos von kleinen Galaxien hinzugesellen.