Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science, 20. April 2026

Die Farben auf dem Hubble-Bild dieser schimmernden Sternentstehungsregion im sichtbaren Licht erinnern an eine Unterwasserszene voller feinkörniger Sedimente, die durch die Tiefen des Ozeans wirbeln. Mehrere massereiche Sterne, die sich außerhalb dieses Sichtfeldes befinden, haben diese Region seit mindestens 300 000 Jahren geprägt. Ihre starken ultravioletten Winde blasen weiterhin eine riesige Blase auf, von der hier ein kleiner Ausschnitt zu sehen ist, die das Gas und den Staub der Wolke zusammendrückt und so neue Wellen der Sternentstehung auslöst.

Es ist nicht das erste Mal, dass Hubble diesen Anblick erfasst hat. Das Teleskop beobachtete den Trifid-Nebel bereits 1997, und nun, 29 Jahre später, hat es fast seine gesamte Betriebsdauer genutzt, um uns Veränderungen im Nebel auf menschlicher Zeitskala zu zeigen. Warum erneut denselben Ort betrachten? Neben der Beobachtung von Veränderungen im Laufe der Zeit ist Hubble auch mit einer verbesserten Kamera ausgestattet, die über ein größeres Sichtfeld und eine höhere Empfindlichkeit verfügt und während der vierten Wartungsmission installiert wurde.

Sternentstehung in der „Cosmic Sea Lemon“
Hubbles Blick auf den Trifidnebel (auch bekannt als Messier 20 oder M20) konzentriert sich auf den „Kopf“ und den wellenförmigen „Körper“ einer rostfarbenen Gas- und Staubwolke, die einer Seezitrone oder Meerlimette ähnelt und den Anschein erweckt, als würde sie durch den Kosmos gleiten.

Das linke „Horn“ der kosmischen Meerlimette ist Teil von Herbig-Haro 399, einem Plasmastrahl, der seit Jahrhunderten in regelmäßigen Abständen von einem jungen Protostern [1] ausgestoßen wird, der im Kopf der Meerlimette eingebettet ist. Beobachten Sie, wie sich der Strahl ausdehnt. Anhand der beobachteten Veränderungen können Forscher die Geschwindigkeiten der Ausflüsse messen und bestimmen, wie viel Energie der Protostern in diese Regionen einspeist. Die Messungen liefern Erkenntnisse darüber, wie neu entstandene Sterne mit ihrer Umgebung interagieren.

Unmittelbar rechts darunter sind Anzeichen für den Gegenstrahl zu erkennen: gezackte orangefarbene und rote Linien, die an der Rückseite des Halses der Meereslimette „herunterlaufen“, wo sich im braunen Staub ein natürliches V abzeichnet. Das dunklere, eher dreieckige „Horn“ rechts vom „Kopf“ beherbergt an seiner Spitze einen weiteren jungen Stern. Wenn man heranzoomt, sieht man einen schwachen roten Punkt mit einem winzigen Strahl. Der grüne Bogen darüber könnte ein Hinweis darauf sein, dass eine zirkumstellare Scheibe durch das intensive ultraviolette Licht benachbarter massereicher Sterne abgetragen wird. Je klarer der Bereich um diesen Protostern herum ist, desto eher deutet dies darauf hin, dass seine Entstehung fast abgeschlossen ist.

Unmittelbar links von der „kosmischen Meerlimette” befindet sich eine kleine, schwache Säule. Ein Großteil des Gases und Staubs dieser Säule wurde weggeblasen, doch das dichteste Material an der Spitze ist noch vorhanden.

Streifen und scharfe Linien liefern weitere Hinweise auf die Aktivitäten anderer junger Sterne. Ein Beispiel dafür ist eine wellenförmige, schräge Linie in der Bildmitte, die hellorange beginnt und in leuchtendem Rot endet. Im Bildvergleich scheint sie sich zu bewegen, was darauf hindeutet, dass es sich um einen Ausstoß handeln könnte, der von einem anderen, sich gerade bildenden Stern ausgestoßen wurde, der tief im Staub verborgen liegt.

Ein buntes Farbmeer

Bei den Beobachtungen des Hubble-Teleskops im sichtbaren Licht ist der Blick nach links oben am klarsten, wo die Farbe blauer ist. Starkes ultraviolettes Licht von massereichen Sternen, die sich nicht im Sichtfeld befinden, hat Elektronen aus dem umgebenden Gas herausgelöst und so ein Leuchten erzeugt, während Winde eine Blase formen, indem sie den umgebenden Staub wegfegen.

An der Spitze des Kopfes der „Cosmic Sea Lemon“ strömt hellgelbes Gas nach oben. Dies ist ein Beispiel dafür, wie ultraviolettes Licht in den dunkelbraunen Staub eindringt und das Gas und den Staub ablöst und auflöst.

Viele Grate und Hänge aus dunkelbraunem Material werden noch einige Millionen Jahre bestehen bleiben, während das ultraviolette Licht der Sterne das Gas langsam abträgt. In den dichtesten Bereichen befinden sich Protosterne [1], die im sichtbaren Licht verdeckt sind.

Die rechte hintere Ecke ist fast pechschwarz. Dort ist der Staub am dichtesten. Die Sterne, die hier zu sehen sind, gehören möglicherweise nicht zu dieser Sternentstehungsregion – sie könnten näher bei uns liegen, also im Vordergrund.

Suchen Sie nun nach leuchtend orangefarbenen Kugeln. Diese Sterne sind vollständig ausgebildet und haben den Raum um sich herum freigeräumt. Im Laufe von Millionen von Jahren werden das Gas und der Staub, aus denen der Nebel besteht, verschwinden – und nur die Sterne werden übrig bleiben.

Beispiellose Langlebigkeit, ununterbrochene Entdeckungen

Die vielfältigen Instrumente des Hubble-Teleskops und der breite Spektralbereich, den es abdeckt – von Ultraviolett bis zum nahen Infrarot –, haben Forschern seit Jahrzehnten zu bahnbrechenden Entdeckungen verholfen und liefern täglich neue Daten, die unweigerlich zu weiteren Erkenntnissen führen werden.

Im vergangenen Jahr ermöglichte Hubble Entdeckungen, die von einem Relikt der frühen Galaxienentstehung über eine Galaxie, die so schwach leuchtet, dass sie fast unsichtbar ist, bis hin zu unbekannten kosmischen Anomalien reichten, die mit Hilfe von KI entdeckt wurden. Forscher beobachteten zum ersten Mal Asteroiden, die in einem anderen Sternsystem kollidierten, während Hubble in unserem eigenen Sonnensystem zufällig einen zerbrechenden Kometen einfing. Die seit langem bestehende Vorhersage, dass unsere Milchstraße in ferner Zukunft mit Andromeda kollidieren wird, wurde durch eine neue Studie unter Verwendung von Daten des Hubble-Teleskops und der ESA-Sonde Gaia in Frage gestellt. Hubble verfolgte außerdem den interstellaren Kometen 3I/ATLAS, der im vergangenen Jahr unerwartet im Sonnensystem auftauchte, und trug so zu einer schnellen Schätzung seiner Größe bei.

Das 36. Betriebsjahr des Hubble-Teleskops hat erneut beeindruckende Einblicke in den Kosmos geliefert. Dazu gehörten die Sternentstehungsregion N11 in der Großen Magellanschen Wolke, die Hüllen aus Sternenstaub, aus denen der Eier-Nebel besteht, der Katzenaugennebel in Kombination mit dem ESA-Teleskop Euclid sowie eine brandneue Aufnahme des berühmten Krebsnebels. Hubble zeigte außerdem das glühende Herz von M82, die wirbelnden Spiralgalaxien UGC 11397 und Arp 4, Staubringe um die Galaxie NGC 7722, die funkelnden Sterne des Kugelsternhaufens NGC 1786 und den riesigen Galaxienhaufen Abell 209.

Das Teleskop hat bis heute über 1,7 Millionen Beobachtungen durchgeführt. Fast 29.000 Astronomen haben begutachtete wissenschaftliche Artikel veröffentlicht, die auf Hubble-Daten basieren, die während der 36-jährigen Lebensdauer des Teleskops gesammelt wurden. Daraus sind mehr als 23.000 Veröffentlichungen hervorgegangen, davon fast 1.100 allein im Jahr 2025. Seit 2022 kombinieren Forscher regelmäßig die Beobachtungen des Hubble-Teleskops mit denen des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA/ESA/CSA, um die Möglichkeiten für neue Entdeckungen weiter auszubauen.

Notes
[1] A protostar is a mass of interstellar gas and dust in the process of collapsing to form a star.

Weitere Informationen
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA.

Links
Pressemitteilung auf esahubble.org
Pressemitteilung auf der NASA-Website

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• Hubble

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Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Webb, 25. März 2026

Durch Beobachtungen in sich ergänzenden Wellenlängen liefern Webb und Hubble den Wissenschaftlern ein umfassenderes und vielschichtigeres Verständnis der Atmosphäre des Gasriesen. Beide erfassen das von den gestreiften Wolken und dem Dunst des Saturn reflektierte Sonnenlicht, doch während Hubble subtile Farbunterschiede auf dem gesamten Planeten sichtbar macht, erfasst Webbs Infrarotbild Wolken und chemische Stoffe in vielen verschiedenen Tiefen der Atmosphäre – von den tiefen Wolken bis hin zur dünnen oberen Atmosphäre. Gemeinsam können Wissenschaftler die Atmosphäre des Saturn in verschiedenen Höhen effektiv „durchschneiden“, als würden sie die Schichten einer Zwiebel abziehen. Jedes Teleskop erzählt einen anderen Teil der Geschichte des Saturn, und die Beobachtungen zusammen helfen den Forschern zu verstehen, wie die Atmosphäre des Saturn als zusammenhängendes dreidimensionales System funktioniert.

Das hier gezeigte Hubble-Bild wurde im August 2024 im Rahmen eines mehr als zehn Jahre andauernden Beobachtungsprogramms namens OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) aufgenommen, während das Webb-Bild einige Monate später im Rahmen der „Director’s Discretionary Time“ entstanden ist.

Die neu veröffentlichten Bilder zeigen Merkmale der turbulenten Atmosphäre des Saturn. Auf dem Webb-Bild schlängelt sich ein langlebiger Jetstream, bekannt als „Ribbon Wave“, über die nördlichen mittleren Breiten, beeinflusst von ansonsten nicht nachweisbaren atmosphärischen Wellen. Direkt darunter stellt ein kleiner Fleck einen verbleibenden Rest des „Great Springtime Storm“ von 2011 bis 2012 dar. Auch mehrere andere Stürme, die die südliche Hemisphäre des Saturn übersäen, sind auf Webbs Bild zu sehen. All diese Merkmale werden von starken Winden und Wellen unterhalb der sichtbaren Wolkendecke geformt, was den Saturn zu einem natürlichen Labor für die Erforschung der Strömungsdynamik unter extremen Bedingungen macht.

Auf beiden Bildern sind auch einige der spitzen Kanten des ikonischen, sechseckigen Jetstreams am Nordpol des Saturn, der 1981 von den Voyager-Sonden entdeckt wurde, schwach zu erkennen. Es bleibt eines der faszinierendsten Wetterphänomene des Sonnensystems. Seine Beständigkeit über Jahrzehnte hinweg unterstreicht die Stabilität bestimmter großräumiger atmosphärischer Prozesse auf Riesenplaneten. Dies sind wahrscheinlich die letzten hochauflösenden Aufnahmen, die wir von dem berühmten Sechseck bis in die 2040er Jahre sehen werden, da der Nordpol in den Winter eintritt und für 15 Jahre in Dunkelheit versinken wird.

In Webbs Infrarotaufnahmen erscheinen die Pole des Saturn deutlich graugrün, was auf Licht hinweist, das bei Wellenlängen um 4,3 Mikrometer emittiert wird. Dieses charakteristische Merkmal könnte von einer Schicht hochgelegener Aerosole in der Saturnatmosphäre stammen, die das Licht in diesen Breitengraden anders streut. Eine weitere mögliche Erklärung ist die Polarlichtaktivität, da geladene Moleküle, die mit dem Magnetfeld des Planeten interagieren, in der Nähe der Pole leuchtende Emissionen erzeugen können. Hubble und Webb haben bereits die Polarlichter des Saturn erforscht, Einblicke in die spektakulären Polarlichter des Jupiter geliefert, die auch mit Hubble zu sehen waren, die 2011 von Hubble erhaschten Polarlichter des Uranus bestätigt und mit Webb erstmals die Polarlichter des Neptun entdeckt.

Auf Webbs Infrarotaufnahme erscheinen die Ringe extrem hell, da sie aus stark reflektierendem Wassereis bestehen. Auf beiden Aufnahmen sehen wir die sonnenbeschienene Seite der Ringe, auf der Hubble-Aufnahme etwas weniger deutlich, weshalb darunter Schatten auf dem Planeten zu sehen sind. Es gibt auch subtile Ringmerkmale wie Speichen und Strukturen im B-Ring (dem dicken zentralen Bereich der Ringe), die bei den beiden Observatorien unterschiedlich erscheinen. Der F-Ring, der äußerste Ring, sieht auf dem Webb-Bild dünn und scharf aus, während er auf dem Hubble-Bild nur leicht leuchtet.

Die Umlaufbahn des Saturn um die Sonne bestimmt in Verbindung mit der Position der Erde auf ihrer jährlichen Umlaufbahn unseren sich verändernden Blickwinkel auf die Oberfläche und die Ringe des Saturn. Diese Beobachtungen aus dem Jahr 2024, die im Abstand von 14 Wochen aufgenommen wurden, zeigen, wie sich der Planet vom nördlichen Sommer in Richtung der Tagundnachtgleiche 2025 bewegt. Während Saturn in den südlichen Frühling und später in den südlichen Sommer der 2030er Jahre übergeht, werden Hubble und Webb zunehmend bessere Einblicke in diese Hemisphäre erhalten.

Hubbles jahrzehntelange Beobachtungen des Saturn haben eine Aufzeichnung seiner sich entwickelnden Atmosphäre geschaffen. Programme wie OPAL mit ihrer jährlichen Überwachung haben es Wissenschaftlern ermöglicht, Stürme, Streifenmuster und saisonale Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Webb ergänzt diese fortlaufende Aufzeichnung nun um leistungsstarke Infrarot-Fähigkeiten und erweitert damit die Möglichkeiten der Forscher, die atmosphärische Struktur und die dynamischen Prozesse des Saturn zu messen.

Weitere Informationen
Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All gebracht wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst für das Teleskop unter Einsatz der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Anpassungen der Ariane 5 für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den Hauptspektrografen NIRSpec sowie 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI bereit, das von einem Konsortium staatlich finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde. Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit über drei Jahrzehnten in Betrieb und liefert weiterhin bahnbrechende Entdeckungen, die unser grundlegendes Verständnis des Universums prägen. Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA.

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• Planet Saturn

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Quelle: ESA/Science&Exploration/SpaceScience, 3. März 2026

Dieser außergewöhnliche planetarische Nebel im Sternbild Draco fasziniert Astronomen seit Jahrzehnten mit seiner komplexen und vielschichtigen Struktur. Beobachtungen mit der Gaia-Mission der ESA haben ergeben, dass der Nebel eine Entfernung von etwa 4300 Lichtjahren hat.

Planetarische Nebel, die aufgrund ihrer runden Form, wie sie durch frühe Teleskope zu sehen war, so genannt werden, sind in Wirklichkeit expandierendes Gas, das von Sternen in ihrer letzten Evolutionsphase ausgestoßen wird. Diese Tatsache wurde erstmals 1864 am Katzenaugennebel entdeckt – die Untersuchung seines Lichtspektrums zeigt die für Gas charakteristische Emission einzelner Moleküle, wodurch planetarische Nebel von Sternen und Galaxien unterschieden werden können.

Hier wird der Nebel durch die kombinierten Augen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA/ESA und des Euclid-Teleskops der ESA gezeigt, wodurch die bemerkenswerte Komplexität des Sterbens von Sternen hervorgehoben wird.

Obwohl Euclid in erster Linie für die Kartierung des fernen Universums konzipiert wurde, erfasst es im Rahmen seiner Deep-Imaging-Durchmusterungen auch den Katzenaugennebel. Auf Euclids Weitwinkelbild im nahen Infrarot und im sichtbaren Licht liegen die Bögen und Filamente des hellen Zentrumsbereichs des Nebels inmitten eines Halos aus bunten Gasfragmenten, die vom Stern wegfliegen.
Dieser Ring wurde in einem früheren Stadium aus dem Stern ausgestoßen, bevor sich der Hauptnebel im Zentrum bildete. Der gesamte Nebel hebt sich vor einem Hintergrund voller entfernter Galaxien ab und zeigt, wie lokale astrophysikalische Schönheit und die entferntesten Bereiche des Kosmos in modernen astronomischen Untersuchungen gemeinsam betrachtet werden können.

Die Kombination der fokussierten Sicht des Hubble-Teleskops mit den Deep-Field-Beobachtungen von Euclid hebt nicht nur die exquisite Struktur des Nebels hervor, sondern stellt ihn auch in den größeren Kontext des Universums, das beide Weltraumteleskope erforschen. Zusammen bieten diese Missionen einen reichhaltigen und sich ergänzenden Blick auf NGC 6543 und enthüllen das empfindliche Zusammenspiel zwischen den Prozessen am Ende des Lebens von Sternen und dem riesigen umgebenden Weltraum.

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• Planetarische Nebel

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Quelle: NASA Webb Mission Team, 20. Januar 2026

Auf dem Bild der NIRCam (Nahinfrarotkamera) des Webb-Teleskops zeichnen sich Säulen ab, die wie Kometen mit langen Schweifen aussehen und den Umfang des inneren Bereichs einer expandierenden Gashülle nachzeichnen. Hier prallen glühende Winde aus schnell strömendem, heißem Gas des sterbenden Sterns auf langsamere, kältere Hüllen aus Staub und Gas, die zu Beginn seiner Lebenszeit abgestoßen wurden, und formen so die bemerkenswerte Struktur des Nebels.

Der ikonische Helixnebel wurde in den fast zwei Jahrhunderten seit seiner Entdeckung von zahlreichen boden- und weltraumgestützten Observatorien abgebildet. Die Nahinfrarotaufnahme des Webb-Teleskops zeigt diese Verdichtungen im Vergleich zu dem eher ätherischen Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, während die höhere Auflösung die Schärfe der Aufnahme des außer Dienst gestellten Spitzer-Weltraumteleskops der NASA übertrifft. Darüber hinaus zeigt die neue Nahinfrarotaufnahme den deutlichen Übergang zwischen dem heißesten und dem kühlsten Gas, während sich die Hülle vom zentralen Weißen Zwerg ausdehnt.

Ein gleißend heller Weißer Zwerg, der Überrest des sterbenden Sterns, liegt mitten im Nebel, außerhalb des Bildausschnitts des Webb-Teleskops. Seine intensive Strahlung erhellt das umgebende Gas und erzeugt ein farbenprächtiges Spektrum: heißes, ionisiertes Gas in unmittelbarer Nähe des Weißen Zwergs, kühlerer molekularer Wasserstoff weiter außen und schützende Bereiche, in denen sich in Staubwolken komplexere Moleküle bilden können. Diese Wechselwirkung ist von entscheidender Bedeutung, denn sie liefert das Ausgangsmaterial, aus dem in anderen Sternsystemen eines Tages neue Planeten entstehen könnten.

Auf Webbs Aufnahme des Helixnebels repräsentiert die Farbe die Temperatur und die chemische Zusammensetzung. Ein Hauch von Blau markiert das heißeste Gasfeld, das durch die intensive ultraviolette Strahlung des Weißen Zwergs angeregt wird. Weiter außen kühlt das Gas ab, Bereiche in denen sich Wasserstoffatome zu Molekülen verbinden, sind in gelb dargestellt. An den äußeren Rändern zeichnen die rötlichen Töne das kühlste Material nach, wo das Gas dünner wird und sich Staub bilden kann. Zusammengenommen zeigen die Farben, wie der letzte Atemzug des Sterns sich in die Rohstoffe für neue Welten verwandelt und so den Wissensschatz, den Webb über den Ursprung von Planeten gewonnen hat, erweitert.

Spitzers Untersuchungen des Helixnebels deuteten auf die Bildung komplexerer Moleküle hin, doch Webbs Auflösung zeigt, wie diese in abgeschirmten Bereichen des Nebels entstehen. Achten Sie auf dem Webb-Bild auf dunkle Bereiche inmitten des leuchtenden Oranges und Rots.

Der Helixnebel befindet sich 650 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Wassermann. Aufgrund seiner relativen Nähe zur Erde und seiner Ähnlichkeit mit dem „Auge Saurons“ ist er bei Hobbyastronomen und professionellen Astronomen gleichermaßen beliebt.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumteleskop für die Weltraumforschung. Webb entschlüsselt Geheimnisse unseres Sonnensystems, richtet den Blick auf ferne Welten um andere Sterne und erforscht die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums sowie unseren Platz darin. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner, der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumagentur).

Weitere Informationen zu Webb finden Sie unter: https://nasa.gov/webb

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• Planetarische Nebel

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Quelle: NASA / Science, 9. Dezember 2025

Astronomen haben eine Flut von Daten aus NASA-Satelliten und anderen Einrichtungen ausgewertet, um herauszufinden, was für einen außergewöhnlichen kosmischen Ausbruch verantwortlich war, der am 2. Juli entdeckt wurde.
Bei dem Ereignis handelte es sich um einen GRB (Gammastrahlenausbruch), die stärkste Klasse kosmischer Explosionen. Während die meisten GRBs nur eine Minute dauern, hielt dieser mehrere Tage an.
Die Forscher diskutieren eifrig über ihre Ergebnisse und sind sich einig, dass dieses beispiellose Ereignis wahrscheinlich eine neue Art von Sternexplosion ankündigt. Wissenschaftler sagen, die beste Erklärung für den Ausbruch sei, dass ein Schwarzes Loch einen Stern verschlungen habe, aber sie sind sich uneinig darüber, wie genau dies geschehen ist. Zu den spannenden Möglichkeiten gehören ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die einige tausend Mal so groß ist wie die der Sonne, das einen Stern zerfetzt, der ihm zu nahe gekommen ist, oder ein viel kleineres Schwarzes Loch, das mit seinem stellaren Begleiter verschmilzt und diesen verschlingt.

„Die erste Welle von Gammastrahlen dauerte mindestens 7 Stunden, fast doppelt so lange wie der bisher längste beobachtete GRB, und wir haben weitere ungewöhnliche Eigenschaften festgestellt“, sagte Eliza Neights von der George Washington University in Washington und dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Dies ist zweifellos ein Ausbruch, wie wir ihn in den letzten 50 Jahren noch nie gesehen haben.“
Neights und andere Astronomen stellten ihre Ergebnisse im Oktober auf der Tagung der High Energy Astrophysics Division der American Astronomical Society in St. Louis, Missouri, vor. Eine Reihe von Artikeln zu diesem Ereignis wurde bereits veröffentlicht oder zur Veröffentlichung angenommen, weitere sind in Vorbereitung.

Außergewöhnlicher Ausbruch

GRBs werden durchschnittlich etwa einmal pro Tag entdeckt und können ohne Vorwarnung überall am Himmel auftreten. Es handelt sich um sehr weit entfernte Ereignisse, wobei das nächstgelegene bekannte Beispiel mehr als 100 Millionen Lichtjahre entfernt stattfand.
Die Rekorddauer des Ausbruchs im Juli, der den Namen GRB 250702B erhielt, macht ihn zu einem einzigartigen Ereignis. Von den rund 15.000 GRBs, die seit der ersten Entdeckung des Phänomens im Jahr 1973 beobachtet wurden, ist keiner so lang, und nur ein halbes Dutzend kommt ihm auch nur annähernd nahe. Da Gelegenheiten zur Untersuchung solcher Ereignisse so selten sind und sie neue Wege zur Entstehung von GRBs aufzeigen könnten, sind Astronomen von dem Ausbruch im Juli besonders begeistert.
Die meisten Ausbrüche dauern zwischen wenigen Millisekunden und einigen Minuten und entstehen bekanntermaßen auf zwei Arten: entweder durch die Verschmelzung zweier neutronischer Sterne von der Größe einer Stadt oder durch den Kollaps eines massereichen Sterns, sobald dessen Kern keinen Brennstoff mehr hat. Bei beiden Entstehungsarten entsteht ein neues Schwarzes Loch. Ein Teil der Materie, die in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, wird in enge Teilchenstrahlen kanalisiert, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit austreten und dabei Gammastrahlen erzeugen. Aber keine dieser Arten von Ausbrüchen kann ohne Weiteres Jets erzeugen, die tagelang feuern können, weshalb 250702B ein einzigartiges Rätsel darstellt.

Beobachtung des Lichts

Der Gamma-ray Burst Monitor des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops der NASA entdeckte den Ausbruch und löste im Laufe von drei Stunden mehrere Male aus. Er wurde auch vom Burst Alert Telescope des Neil Gehrels Swift Observatory der NASA, dem russischen Konus-Instrument der Wind-Mission der NASA, dem Gamma-Ray and Neutron Spectrometer auf Psyche – einem Raumschiff der NASA, das derzeit auf dem Weg zum Asteroiden 16 Psyche ist – und dem japanischen Monitor of All-sky X-ray Image Instrument auf der Internationalen Raumstation entdeckt.

„Der Ausbruch dauerte so lange, dass kein Hochenergiemonitor im Weltraum in der Lage war, ihn vollständig zu beobachten“, sagte Eric Burns, Astrophysiker an der Louisiana State University in Baton Rouge und Mitglied des Teams von Neights, das das Gammastrahlenglühen des Ausbruchs untersucht. „Nur durch die kombinierte Leistung der Instrumente mehrerer Raumfahrzeuge konnten wir dieses Ereignis verstehen.“
Das Weitwinkel-Röntgenteleskop der chinesischen Einstein-Sonde hat den Ausbruch ebenfalls in Röntgenstrahlen erfasst und gezeigt, dass bereits am Vortag ein Signal vorhanden war. Die erste genaue Lokalisierung erfolgte am frühen Morgen des 3. Juli, als das Röntgenteleskop von Swift den Ausbruch im Sternbild Scutum in der Nähe der dichten, staubigen Ebene unserer Milchstraße abbildete. Angesichts dieses Ortes und der Röntgenstrahlendetektion am Vortag fragten sich die Astronomen, ob es sich bei diesem Ereignis um eine andere Art von Ausbruch aus unserer eigenen Galaxie handeln könnte.

Bilder von einigen der größten Teleskope der Welt, darunter die Teleskope der Keck- und Gemini-Observatorien auf Hawaii und das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile, deuteten darauf hin, dass sich an dieser Stelle eine Galaxie befand, sodass sich die Astronomen an das Hubble-Weltraumteleskop der NASA wandten, um ein klareres Bild zu erhalten.
„Es handelt sich definitiv um eine Galaxie, was beweist, dass es sich um eine weit entfernte und gewaltige Explosion handelte, aber sie sieht seltsam aus“, sagte Andrew Levan, Professor für Astrophysik an der Radboud-Universität in den Niederlanden, der die VLT- und Hubble-Studie leitete. „Die Hubble-Daten könnten entweder zwei verschmelzende Galaxien zeigen oder eine Galaxie mit einem dunklen Staubband, das den Kern in zwei Teile teilt.“
Neuere Bilder, die mit dem NIRcam-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA aufgenommen wurden, stützen Levans Interpretation nachdrücklich. „Die Auflösung von Webb ist unglaublich. Wir können so deutlich sehen, dass der Ausbruch durch diese Staubbahn hindurchleuchtete, die sich über die Galaxie erstreckt“, sagte Huei Sears, Postdoktorand an der Rutgers University in New Jersey, der die NIRcam-Beobachtungen leitete. „Es ist fantastisch, den GRB-Wirt so detailliert zu sehen.“
Ende August nutzte ein Team unter der Leitung von Benjamin Gompertz von der Universität Birmingham in Großbritannien das NIRSpec-Instrument von Webb und das VLT, um die Entfernung der Galaxie und andere Eigenschaften zu bestimmen. „Der Ausbruch war bemerkenswert stark und entfaltete eine Energie, die der von tausend Sonnen entspricht, die 10 Milliarden Jahre lang leuchten“, sagte Gompertz. „Erstaunlicherweise ist die Galaxie so weit entfernt, dass das Licht dieser Explosion vor etwa 8 Milliarden Jahren zu seiner Reise begann, lange bevor sich unsere Sonne und unser Sonnensystem überhaupt zu bilden begannen.“

Eine umfassende Untersuchung des Röntgenlichts nach dem Hauptburst stützte sich auf Beobachtungen von Swift, dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und der NuSTAR-Mission (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) der Behörde. Die Daten von Swift und NuSTAR zeigten schnelle Flares, die bis zu zwei Tage nach der Entdeckung des Bursts auftraten.
„Die fortgesetzte Akkretion von Materie durch das Schwarze Loch trieb einen Ausfluss an, der diese Flares erzeugte, aber der Prozess dauerte viel länger, als es in Standard-GRB-Modellen möglich ist“, sagte Studienleiter Brendan O’Connor, McWilliams-Postdoktorand an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. „Die späten Röntgenflares zeigen uns, dass die Energiequelle der Explosion nicht abgeschaltet werden konnte, was bedeutet, dass das Schwarze Loch nach der ersten Eruption noch mindestens einige Tage lang weiter angetrieben wurde.“

Widersprüchliche Beweise

Die Daten von Fermi und Swift deuten auf einen typischen, wenn auch ungewöhnlich langen GRB hin. Spektroskopische Beobachtungen mit Webb ergaben keine Supernova-Explosion, die normalerweise auf einen GRB nach einem Sternkollaps folgt, obwohl diese möglicherweise durch Staub und Entfernung verdeckt wurde. Einstein Probe registrierte einen Tag vor dem Ausbruch Röntgenstrahlen, während NuSTAR bis zu zwei Tage danach Röntgenflares verfolgte, was beides für GRBs untypisch ist.
Darüber hinaus zeigt eine detaillierte Studie unter der Leitung von Jonathan Carney, einem Doktoranden an der University of North Carolina in Chapel Hill, dass sich die Wirtsgalaxie stark von den typischerweise kleinen Galaxien unterscheidet, in denen die meisten GRBs nach einem Sternenkollaps auftreten. „Diese Galaxie ist überraschend groß und hat mehr als doppelt so viel Masse wie unsere eigene Galaxie“, sagte er.
In beiden der am häufigsten diskutierten Szenarien wird das Schwarze Loch den Stern innerhalb von etwa einem Tag verschlungen haben.
Das erste Szenario geht von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse aus, das einige Tausend Sonnenmassen und einen Ereignishorizont – den Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt – hat, der um ein Vielfaches größer ist als die Erde. Ein Stern wandert zu nahe heran, wird durch die Gravitationskräfte entlang seiner Umlaufbahn gedehnt und schnell vom Schwarzen Loch verschlungen. Dies beschreibt, was Astronomen als Gezeitenzerreißungsereignis bezeichnen, das jedoch durch ein selten beobachtetes „mittelschweres” Schwarzes Loch verursacht wird, dessen Masse viel größer ist als die von Sternen, die durch einen Sternenkollaps entstanden sind, und viel kleiner als die von Giganten, die sich im Zentrum großer Galaxien befinden.

Das Gammastrahlenteam bevorzugt ein anderes Szenario, denn wenn dieser Ausbruch wie andere ist, muss die Masse des Schwarzen Lochs eher der unserer Sonne ähneln. Ihr Modell sieht ein Schwarzes Loch vor, das etwa dreimal so massereich ist wie die Sonne – mit einem Ereignishorizont von nur 18 Kilometern Durchmesser –, das einen Begleitstern umkreist und mit ihm verschmilzt. Der Stern hat eine ähnliche Masse wie das Schwarze Loch, ist aber viel kleiner als die Sonne. Das liegt daran, dass seine Wasserstoffatmosphäre größtenteils abgetragen wurde, bis auf seinen dichten Heliumkern, wodurch ein Objekt entstanden ist, das Astronomen als Heliumstern bezeichnen.
In beiden Fällen fließt Materie aus dem Stern zunächst zum Schwarzen Loch und sammelt sich in einer riesigen Scheibe, von der aus das Gas schließlich in das Schwarze Loch stürzt. An einem bestimmten Punkt dieses Prozesses beginnt das System, hell im Röntgenlicht zu leuchten. Dann, während das Schwarze Loch die Materie des Sterns schnell verschlingt, schießen Gammastrahlen nach außen.
Bemerkenswert ist, dass das Modell der Heliumsternverschmelzung eine einzigartige Vorhersage trifft. Sobald das Schwarze Loch vollständig in den Hauptkörper des Sterns eingetaucht ist und ihn von innen auffrisst, explodiert die freigesetzte Energie den Stern und treibt eine Supernova an.
Leider ereignete sich diese Explosion hinter enormen Staubmengen, sodass selbst die Leistungsfähigkeit des Webb-Teleskops nicht ausreichte, um die erwartete Supernova zu sehen. Während eindeutige Beweise für die Erklärung der Ereignisse vom 2. Juli noch auf zukünftige Ereignisse warten müssen, hat 250702B bereits neue Erkenntnisse über die längsten GRBs geliefert, was zum großen Teil der ständigen kosmischen Überwachung durch die Observatorien und Instrumente der NASA im Rahmen der Bemühungen der Behörde zur Erforschung und zum Verständnis des Universums zu verdanken ist.
Die von Neights verfasste Arbeit über Gammastrahlen wurde von den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Preprint) angenommen. Die Arbeit von Gompertz über NIRSpec (Preprint) wurde bei The Astrophysical Journal Letters eingereicht, das am 26. November die Arbeit von Carney, am 14. November die Arbeit von O’Connor über Röntgenstrahlen und im August die Arbeit von Levan veröffentlicht hat.
Die Fermi-Mission ist eine Partnerschaft im Bereich der Astrophysik und Teilchenphysik, die von der NASA Goddard geleitet und in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium entwickelt wurde, mit wichtigen Beiträgen von akademischen Einrichtungen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten. Die Swift-Mission wird von Goddard in Zusammenarbeit mit der Penn State University, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico, Northrop Grumman Space Systems in Dulles, Virginia, und Partnern wie der University of Leicester und dem Mullard Space Science Laboratory im Vereinigten Königreich, dem Brera-Observatorium in Italien und der italienischen Weltraumagentur ASI geleitet.
Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA und wird von Goddard geleitet. Webb, das weltweit führende Weltraumobservatorium, ist eine gemeinsame Mission der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumagentur.
NuSTAR wird von Caltech geleitet und vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien verwaltet. Das Missionskontrollzentrum befindet sich an der University of California in Berkeley. NuSTAR wurde in Zusammenarbeit mit der Dänischen Technischen Universität und der Italienischen Weltraumagentur entwickelt.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die wissenschaftlichen Operationen von Cambridge, Massachusetts, aus und die Flugoperationen von Burlington, Massachusetts, aus.

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• Schwarze Löcher
• Gamma Ray Bursts (GRBs)

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Quelle: NASA News Release, 17. November 2025

Der Komet 3I/ATLAS, der am 1. Juli vom NASA-finanzierten Observatorium ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) entdeckt wurde, ist erst das dritte Objekt, das jemals, als aus einem anderen Teil der Galaxie in unser Sonnensystem eindringend, identifiziert wurde. Obwohl er keine Gefahr für die Erde darstellt und ihr nicht näher als 170 Millionen Meilen kommen wird, flog der Komet Anfang Oktober in einer Entfernung von 19 Millionen Meilen am Mars vorbei.
Die Veranstaltung wird auf NASA+, der NASA-App, der Website der Behörde, dem YouTube-Kanal und Amazon Prime übertragen.

Zu den Teilnehmern der Pressekonferenz gehören:

• Amit Kshatriya, stellvertretender Administrator der NASA
• Nicky Fox, stellvertretender Administrator, Science Mission Directorate
• Shawn Domagal-Goldman, amtierender Direktor, Astrophysics Division
• Tom Statler, leitender Wissenschaftler für kleine Körper im Sonnensystem

Um virtuell an der NASA Live-Veranstaltung teilzunehmen, müssen Medienvertreter spätestens zwei Stunden vor Beginn der Veranstaltung ihren vollständigen Namen, ihre Medienzugehörigkeit, ihre E-Mail-Adresse und ihre Telefonnummer an Molly Wasser unter molly.l.wasser@nasa.gov senden. Auch die Öffentlichkeit kann Fragen stellen, die während der Übertragung in Echtzeit beantwortet werden können, indem sie #AskNASA in den sozialen Medien verwendet.
Die Ressourcen der wissenschaftlichen Missionen der NASA verschaffen den Vereinigten Staaten die einzigartige Möglichkeit, 3I/ATLAS fast während seiner gesamten Reise durch unsere Nachbarschaft im Weltall zu beobachten und mit ergänzenden wissenschaftlichen Instrumenten und aus verschiedenen Richtungen zu untersuchen, wie sich der Komet verhält. Zu diesen Ressourcen gehören sowohl Raumfahrzeuge im Sonnensystem als auch bodengestützte Observatorien.

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Quelle: NASA, 5. Dezember 2024.

5. Dezember 2024 – Die neuen Hubble-Aufnahmen der Umgebung des Quasars zeigen laut Bin Ren vom Côte d’Azur Observatorium und der Université Côte d’Azur in Nizza, Frankreich, eine Menge „seltsamer Dinge“. „Wir haben ein paar Kleckse unterschiedlicher Größe und eine mysteriöse L-förmige fadenförmige Struktur. Das alles befindet sich im Umkreis von 16.000 Lichtjahren um das Schwarze Loch.“

Bei einigen der Objekte könnte es sich um kleine Satellitengalaxien handeln, die in das Schwarze Loch stürzen und so das Material liefern, das sich am zentralen supermassiven Schwarzen Loch anlagert und den hellen Leuchtturm antreibt. „Dank der Beobachtungsleistung von Hubble öffnen wir ein neues Tor zum Verständnis von Quasaren“, so Ren. „Meine Kollegen sind begeistert, weil sie noch nie so viele Details gesehen haben.“

Quasare sehen als punktförmige Lichtquellen am Himmel sternähnlich aus (daher der Name quasi-stellares Objekt). Der Quasar in der neuen Studie, 3C 273, wurde 1963 von dem Astronomen Maarten Schmidt als der erste Quasar identifiziert. Mit einer Entfernung von 2,5 Milliarden Lichtjahren war er zu weit entfernt für einen Stern. Mit einer Leuchtkraft, die mehr als zehnmal so stark war wie die der hellsten elliptischen Riesengalaxien, muss er viel energiereicher gewesen sein, als man es sich je vorstellen konnte. Dies öffnete die Tür zu einem unerwarteten neuen Rätsel der Kosmologie: Was treibt diese massive Energieproduktion an? Der wahrscheinliche Schuldige war Material, das an einem Schwarzen Loch akkretiert.

Im Jahr 1994 zeigte Hubbles neue scharfe Optik, dass die Umgebung von Quasaren viel komplexer ist als zunächst vermutet. Die Bilder deuteten auf galaktische Kollisionen und Verschmelzungen zwischen Quasaren und Begleitgalaxien hin, bei denen Bruchstücke auf supermassive schwarze Löcher herabstürzen. Dadurch werden die riesigen schwarzen Löcher, die die Quasare antreiben, erneut entzündet.

Für Hubble ist der Blick in den Quasar 3C 273 so, als würde man direkt in einen blendenden Autoscheinwerfer blicken und versuchen, eine Ameise zu sehen, die am Rand herumkrabbelt. Der Quasar strahlt das Tausendfache der gesamten Energie der Sterne in einer Galaxie aus. Einer der Quasare, die der Erde am nächsten sind, 3C 273, ist 2,5 Milliarden Lichtjahre entfernt. (Wäre er ganz in der Nähe, nur einige zehn Lichtjahre von der Erde entfernt, würde er so hell wie die Sonne am Himmel erscheinen). Der STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) von Hubble kann als Koronagraph dienen, um das Licht von zentralen Quellen abzublocken, ähnlich wie der Mond die Blendung der Sonne während einer totalen Sonnenfinsternis abblockt. Astronomen haben STIS eingesetzt, um staubige Scheiben um Sterne herum zu enthüllen, um die Entstehung von Planetensystemen zu verstehen, und jetzt können sie STIS nutzen, um die Wirtsgalaxien von Quasaren besser zu verstehen. Mit dem Hubble-Coronographen konnten die Astronomen achtmal näher an das Schwarze Loch herankommen als je zuvor.

Die Wissenschaftler erhielten einen seltenen Einblick in den 300.000 Lichtjahre langen extragalaktischen Materialstrahl des Quasars, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum rast. Durch den Vergleich der STIS-Koronagraphen-Daten mit archivierten STIS-Bildern mit einem Abstand von 22 Jahren kam das Team um Ren zu dem Schluss, dass sich der Jet schneller bewegt, wenn er weiter von dem Schwarzen Loch entfernt ist.

„Mit den feinen räumlichen Strukturen und der Bewegung des Jets hat Hubble eine Lücke zwischen der kleinräumigen Radiointerferometrie und den großräumigen optischen Bildbeobachtungen geschlossen. Unsere bisherige Sichtweise war sehr begrenzt, aber Hubble ermöglicht es uns, die komplizierte Morphologie der Quasare und die galaktischen Wechselwirkungen im Detail zu verstehen. Wenn wir in Zukunft 3C 273 mit dem James-Webb-Weltraumteleskop im infraroten Licht näher untersuchen, könnte uns das weitere Aufschlüsse geben“, so Ren.

Mindestens 1 Million Quasare sind über den Himmel verstreut. Sie sind nützliche Hintergrundstrahler“ für eine Vielzahl von astronomischen Beobachtungen. Quasare traten am häufigsten etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall auf, als Galaxienkollisionen noch häufiger waren.

Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit über drei Jahrzehnten in Betrieb und macht weiterhin bahnbrechende Entdeckungen, die unser grundlegendes Verständnis des Universums prägen. Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA (Europäische Weltraumorganisation). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, leitet das Teleskop und den Betrieb der Mission. Lockheed Martin Space mit Sitz in Denver unterstützt ebenfalls den Missionsbetrieb in Goddard. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, das von der Association of Universities for Research in Astronomy betrieben wird, führt den wissenschaftlichen Betrieb von Hubble für die NASA durch.

Übersetzung: DeepL.com / Stefan Goth

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• Hubble

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Quelle: Universität Wien 10. Juli 2024.

10. Juli 2024 – Extrem schnell bewegte Sterne im Sternhaufen Omega Centauri, die eine neue Untersuchung ausfindig gemacht hat, zeigen: Im Zentrum des Sternhaufens befindet sich ein Schwarzes Loch mit mindestens 8.200 Sonnenmassen – damit ist dieses massereiche schwarze Loch das uns am nächsten liegende. Mit dieser Entdeckung konnten Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Astronomie unter Beteiligung der Universität Wien erstmals die Existenz eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse nachweisen. Der Fund bestätigt außerdem, dass Omega Centauri die Kernregion einer Galaxie ist, die vor Milliarden von Jahren von der Milchstraße verschluckt wurde. Ohne seine äußeren Sterne hat sich der Galaxienkern seither so gut wie nicht weiterentwickelt. Die Studie wurde aktuell im renommierten Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Omega Centauri ist eine spektakuläre Ansammlung von etwa zehn Millionen Sternen, die in südlichen Breitengraden als Fleck am Nachthimmel sichtbar ist. Durch ein kleines Teleskop sieht er nicht anders aus als andere so genannte Kugelsternhaufen. Die neue Studie bestätigt nun, was Astronom*innen schon seit längerem vermutet hatten: Omega Centauri enthält ein zentrales Schwarzes Loch. Mit einer Entfernung von etwa 18.000 Lichtjahren ist dies das nächstgelegene bekannte Beispiel für ein massereiches Schwarzes Loch. Im Vergleich dazu: Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße befindet sich rund 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Aber nicht nur die Nähe zur Erde macht diesen Fund besonders. Die Astronomie kennt für Schwarze Löcher unterschiedliche Massebereiche. Stellare Schwarze Löcher mit einer bis zu einigen Dutzend Sonnenmassen sind kleinere schwarze Löcher und vergleichsweise gut erforscht, ebenso wie supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien, mit Massen von Millionen oder sogar Milliarden Sonnen. Umfassende Beweise und Forschung zu mittelgroßen schwarzen Löchern fehlten – bis jetzt. Mit mindestens 8.200 Sonnenmassen ist das Schwarze Loch in Omega Centauri der erste Nachweis eines solchen mittelgroßen Schwarzen Lochs.

Momentaufnahme der Galaxien-Evolution
„Omega Centauri ist etwas ganz Besonderes. Als Kern einer ehemals selbstständigen Galaxie, die dann mit der Milchstraße verschmolz und dabei alle Sterne außer jenen der Kernregion verlor, ist Omega Centauri eine Art Momentaufnahme aus der Galaxienevolution“, erklärt Glenn van de Ven, einer der Autor*innen der neuen Studie und Leiter des Instituts für Astrophysik an der Universität Wien. Es gibt keine weiteren Verschmelzungen und keine Möglichkeit für das zentrale Schwarze Loch, zu wachsen. Das Schwarze Loch bleibt in der Größe erhalten, die es hatte, als Omega Centauri von der Milchstraße verschluckt wurde. „Wir wissen nicht genau wie supermassereiche Schwarze Löcher entstanden sind, aber es ist möglich, dass sie aus mittelgroßen Schwarzen Löchern gewachsen sind. Wir haben nun den ersten Beweis gefunden, dass es solche mittelgroße Schwarze Löcher tatsächlich gibt“, ergänzt Anja Feldmeier-Krause von der Universität Wien und ebenfalls eine der Autor*innen.

Geschwindigkeiten von 1,4 Millionen Sternen zum Nachweis bestimmt
Der nun gelungene Nachweis stellte die Astronom*innen vor eine zeitaufwändige Herausforderung. Federführend war Maximilian Häberle, ein Doktorand am Max-Planck-Institut für Astronomie und Leiter der Studie. Er bestimmte anhand von über 500 Archivbildern des Weltraumteleskops Hubble die Geschwindigkeiten von 1,4 Millionen Sternen. „Die Suche nach schnellen Sternen und die Dokumentation ihrer Bewegung war die sprichwörtliche Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, so Häberle. Doch am Ende hatte Häberle nicht nur den bisher vollständigsten Katalog der Bewegung von Sternen in Omega Centauri (veröffentlicht in einem separaten Artikel). Er konnte zudem sieben auffällige, sich schnell bewegende Sterne in einer kleinen Region im Zentrum von Omega Centauri ausmachen.

Anhand dieser sieben Sterne mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen konnten Häberle und seine Kolleg*innen die unterschiedlichen Effekte trennen und feststellen, dass sich im Zentrum von Omega Centauri eine Masse mit mindestens 8.200 Sonnenmassen befindet. Diese detaillierte Untersuchung verschaffte den Forscher*innen auch statistische Sicherheit: Die Beobachtung von sieben solcher Sterne kann kein Zufall sein und lässt keinen Raum für andere Erklärungen als ein Schwarzes Loch.

Beobachtungszeit mit dem Weltraumteleskop JWST soll in weiterer Folge noch mehr Details bringen, die Wissenschafter*innen wollen etwa die Bewegung der schnellen Sterne auf die Erde zu oder von ihr weg messen (Radialgeschwindigkeiten). Auch mit derzeit im Bau befindlichen neuen Instrumenten (GRAVITY+ am VLT der ESO, MICADO am Extremely Large Telescope) wird es möglich sein, Sternpositionen noch deutlich genauer zu bestimmen als mit Hubble.

Originalpublikation:
M. Häberle et al. „Fast-moving stars around an intermediate-mass black hole in ω Centauri“. Nature.
DOI: 10.1038/s41586-024-07511-z
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07511-z
pdf: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07511-z.pdf

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• Schwarze Löcher

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Quellen: NASA, STScI/AURA

29. Dezember 2023 – Das Hubble-Weltraumteleskop nahm dieses Bild einer Sternexplosion am 7. Juli 2003 auf, die in der nahe gelegenen Großen Magellanschen Wolke Trümmerteile auswarf. Seit seinem Start im Jahr 1990 hat Hubble unser Verständnis des Universums grundlegend verändert. Mit über 1,5 Millionen Beobachtungen und mehr als 20.000 veröffentlichten Artikeln über seine Entdeckungen ist Hubble die produktivste wissenschaftliche Mission in der Geschichte der NASA.

Übersetzung DeepL.com / Stefan Goth

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• Hubble

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Quelle: UP, 27. April 2023.

In der im Journal „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlichten Studie betrachteten die beiden Nachwuchswissenschaftler ein bekanntes Doppelsternsystem, also zwei Sterne, die um einen gemeinsamen Schwerpunkt rotieren, und analysierten Daten von verschiedenen Teleskopen am Boden und im All. Sie fanden heraus, dass die Sterne aus der Nachbargalaxie „Kleine Magellansche Wolke“ miteinander im Kontakt stehen und Material austauschen, wobei der eine Stern den anderen „nährt“. Sie umkreisen sich alle drei Tage und sind die massivsten bisher bekannten Doppelsterne.

Vergleicht man die Ergebnisse mit theoretischen Modellen der Entwicklung von Doppelsternsystemen, so wird der Stern, der derzeit Material verliert, zuerst zu einem Schwarzen Loch kollabieren und nach einiger Zeit beginnen, Material von seinem Sternbegleiter abzusaugen. Der Begleiter wird daraufhin ebenfalls zu einem Schwarzen Loch. Diese Schwarzen Löcher werden sich innerhalb weniger Millionen Jahre bilden und einander für viele Milliarden Jahre umkreisen, um schließlich mit einer solchen Kraft zu kollidieren, dass sie Gravitationswellen – Verschiebungen im Raumzeitkontinuum – erzeugen.

Doktorand Matthew Rickard, leitender Autor der Studie vom University College London, sagt: „Dank der Gravitationswellendetektoren Virgo und LIGO wurden in den letzten Jahren Dutzende verschmelzender Schwarzer Löcher entdeckt. Bisher haben wir jedoch noch keine Sterne beobachtet, die zu Schwarzen Löchern dieser Größe kollabieren und in einer Zeitspanne verschmelzen, die kürzer ist als das Alter des Universums. Unser am besten passendes Entwicklungsmodell legt nahe, dass diese Sterne in 18 Milliarden Jahren zu Schwarzen Löchern verschmelzen werden. Die Entdeckung von Sternen auf diesem Entwicklungspfad so nah an unserer Galaxis bietet uns eine hervorragende Gelegenheit, noch mehr über die Entstehung dieser Systeme zu erfahren.“

Co-Autor Daniel Pauli, Doktorand an der Universität Potsdam, ergänzt: „Dieses Kontakt-Doppelsternsystem ist das massivste, was bisher beobachtet wurde. Der kleinere und heißere Stern besitzt 32 Sonnenmassen und verliert aktuell Material an seinen 55 Sonnenmassen schweren Begleiter.“
In ihrer Studie haben die Wissenschaftler verschiedene Wellenlängenbereiche des Doppelsternsystems spektroskopisch vermessen, von ultraviolettem über sichtbares bis hin zu infrarotem Licht. Dazu verwendeten sie unter anderem Daten des NASA Hubble Space Telescope (HST) und des Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) vom ESO Very Large Telescope in Chile. Mit diesen Daten haben sie die Radialgeschwindigkeit der Sterne, die angibt wie schnell sie sich zu uns hin oder von uns wegbewegen, sowie ihre Massen, Helligkeiten, Temperaturen und Umlaufbahnen bestimmt. Schließlich passten sie diese Parameter mit einem Entwicklungsmodell an.

Ihre spektroskopische Analyse zeigt, dass die äußere Hülle des kleineren Sterns durch den größeren Stern aufgesaugt wurde. Sie beobachteten auch, dass die Radien beider Sterne die Roche-Grenze, also die Region um einen Stern, in der Material durch die Gravitation an den Stern gebunden ist, überschreiten. Die Beobachtung belegt, dass Material vom kleineren Stern auf den Begleiter übergeht.

Zur künftigen Entwicklung der Sterne erklärt Rickard: „Der kleinere Stern wird in nur 700.000 Jahren zu einem Schwarzen Loch kollabieren, entweder in einer spektakulären Supernova-Explosion oder auch ohne Explosion aufgrund seiner Masse. Für etwa drei Millionen Jahre werden beide unbequeme Nachbarn sein, bevor das erste Schwarze Loch anfängt, Masse von seinem Begleiter anzuziehen und sich an ihm ‚zu rächen‘.“
Pauli, der die Modellierungen durchgeführt hat, fügt hinzu: „Nach nur 200.000 Jahren, einem astronomischen Augenblick, wird der Begleitstern ebenfalls zu einem Schwarzen Loch kollabieren. Die beiden massereichen Sterne werden einander weiterhin für einige Milliarden Jahre umkreisen. Langsam werden sie durch die Abgabe von Gravitationswellen Energie verlieren, bis sie sich immer schneller im Sekundentakt umkreisen und schließlich in 18 Milliarden Jahren miteinander verschmelzen, während sie über Gravitationswellen enorme Energiemengen freisetzen.“

Link zur Publikation: M. J. Rickard and D. Pauli, A low-metallicity massive contact binary undergoing slow Case A mass transfer: A detailed spectroscopic and orbital analysis of SSN 7 in NGC 346 in the SMC, Astronomy & Astrophysics,

Pressemeldung des University College London: https://www.ucl.ac.uk/news/2023/apr/most-massive-touching-stars-ever-found-will-eventually-collide-black-holes

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• Sternentwicklung
• Schwarze Löcher

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Quelle: AIP 11. August 2022.

11. August 2022 – Die Ergebnisse wurden mit mehreren Observatorien erzielt, darunter dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA und den robotischen STELLA-Teleskopen des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP).

Der Stern Beteigeuze erscheint als leuchtender, rubinroter, funkelnder Lichtpunkt in der oberen rechten Schulter des Sternbilds Orion. Der alternde Stern wird als Überriese eingestuft, weil er auf einen erstaunlichen Durchmesser von mehr als 1 Milliarde Kilometer angeschwollen ist. Würde er sich im Zentrum unseres Sonnensystems befinden, würde er bis zur Umlaufbahn des Jupiters reichen.

Nach Auswertung der Daten von Hubble, STELLA und mehreren anderen Observatorien sind Forschende zu dem Schluss gekommen, dass Beteigeuze 2019 im wahrsten Sinne des Wortes aus allen Nähten platzte, einen großen Teil seiner sichtbaren Oberfläche verlor und einen gigantischen Oberflächenmassenauswurf (SME) verursachte. Unsere Sonne stößt routinemäßig Teile ihrer dünnen äußeren Atmosphäre, der Korona, aus, was als koronaler Massenauswurf (CME) bekannt ist. Der Beteigeuze-Massenauswurf hat jedoch 400 Milliarden Mal so viel Masse ausgestoßen wie ein typischer CME.

Der erste Hinweis darauf war, dass sich der Stern Ende 2019 auf mysteriöse Weise verdunkelte. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwarfen ein Szenario für die Umwälzung: Der gigantische Ausbruch wurde möglicherweise durch eine konvektive Wolke mit einem Durchmesser von mehr als einer Million Kilometern verursacht, die aus dem Inneren des Sterns aufstieg. Sie erzeugte Schocks und Pulsationen, die ein Stück der Photosphäre absprengten und den Stern mit einer großen kühlen Oberfläche unter der Staubwolke zurückließen, die durch das abkühlende Stück der Photosphäre entstanden war.

Das zerbrochene Stück der Photosphäre, so schwer wie mehrere Erdmonde, flog ins All und kühlte ab, so dass sich eine Staubwolke bildete, die das Licht des Sterns aus Sicht der Erde blockierte. Die Verdunkelung, die Ende 2019 begann und einige Monate andauerte, war selbst für Hobby-Beobachterinnen und -Beobachter leicht zu erkennen, da Beteigeuze einer der hellsten Sterne am Himmel ist.

Und der Stern erholt sich langsam; die Photosphäre baut sich wieder auf. Das Innere hallt wie eine Glocke, die mit einem Vorschlaghammer geschlagen wurde, und stört den normalen Zyklus des Sterns: Die 400-tägige Pulsationsrate des Überriesen ist nun verschwunden, womöglich zumindest vorübergehend. Fast 200 Jahre lang haben Astronominnen und Astronomen diesen Rhythmus gemessen, der sich in den Helligkeitsschwankungen und Oberflächenbewegungen von Beteigeuze zeigte.

Das AIP-Team beobachtet Beteigeuze mit dem STELLA-Teleskop nun schon seit mehr als einem Jahrzehnt jede Nacht. „Eine solche Beobachtung ist nur möglich, weil das STELLA-Teleskop robotisch gesteuert ist und nach wie vor eine einzigartige Anlage darstellt“, betont der Leiter des AIP-Teams und Direktor des Forschungsbereichs Kosmische Magnetfelder, Pror. Dr. Klaus Strassmeier. Dr. Thomas Granzer, Leiter der Abteilung Teleskopsteuerung und Robotik, ergänzt: „Durch die Messung der Radialgeschwindigkeit von Beteigeuze, also der Geschwindigkeit, mit der sich die Photosphäre auf uns zu oder von uns weg bewegt, konnte das AIP-Team zeigen, dass das Pulsieren des Sterns langsam an Amplitude gewinnt, bis sich genügend kinetische Energie aufgebaut hat und die äußere Schicht von Beteigeuze ausgestoßen werden konnte. Dies geschah kurz vor der großen Verdunkelung und stützt damit das Bild eines riesigen CME, der zu einer Staubwolke führte, die für die Lichtabnahme verantwortlich war. Gegenwärtig sehen wir ein winziges Wiederaufleben der Oszillationen, allerdings mit der doppelten Frequenz der Hauptpulsation. Wie bei einem Streichinstrument erwarten wir, dass diese vorübergehende Reaktion schließlich den gewohnten Pulsationen mit einer Periode von etwa 400 Tagen weichen wird.“

Die Unterbrechung zeugt von der Heftigkeit des Ausbruchs. Das endgültige Schicksal des Sterns besteht darin, als Supernova zu explodieren. Wenn dies geschieht, wird sie von der Erde aus für eine gewisse Zeit am Taghimmel zu sehen sein. Obwohl es auf unserer Sonne koronale Massenauswürfe gibt, bei denen kleine Teile der äußeren Atmosphäre weggeblasen werden, wurde noch nie beobachtet, dass ein so großer Teil der sichtbaren Oberfläche eines Sterns ins All geschleudert wird. Daher kann es sich bei Oberflächenmassenauswürfen und koronalen Massenauswürfen um unterschiedliche Ereignisse handeln.

Zu den Beobachtungen, die zu diesen Ergebnissen geführt haben, gehören neue spektroskopische und bildgebende Daten des robotischen STELLA-Observatoriums, des Tillinghast-Reflektor-Echelle-Spektrographen (TRES) des Fred L. Whipple-Observatoriums, der NASA-Raumsonde Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO-A), des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und der American Association of Variable Star Observers (AAVSO).

Originalveröffentlichung
doi.org/10.48550/arXiv.2208.01676, https://arxiv.org/abs/2208.01676, pdf: https://arxiv.org/pdf/2208.01676.
Pressemitteilung Hubble: https://science.nasa.gov/missions/hubble/hubble-sees-red-supergiant-star-betelgeuse-slowly-recovering-after-blowing-its-top/. STELLA-Projektseite: https://www.aip.de/de/research/projects/stella/.

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• Beteigeuze (α orionis)

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Quelle: MPA 28. Juli 2022.

28. Juli 2022 – Als Gravitationslinse vervielfacht und vergrößert SMACS J0723.3−7327 Bilder von Hintergrundgalaxien. Eine Familie solcher Mehrfachbilder gehört zu einer Galaxie, deren Entfernung sich mithilfe des neuen Modells auf 13 Milliarden Lichtjahre schätzen lässt. Wenn dies bestätigt wird, unterstreicht es die Bedeutung genauer Gravitationslinsenmodelle für die Identifizierung entfernter Galaxien und ihre detaillierte Untersuchung.

Das erste vom James Webb Space Telescope (JWST) veröffentlichte wissenschaftliche Bild zeigt den Galaxienhaufen SMACS J0723.3−7327. Insbesondere Galaxienhaufen können als Gravitationslinsen wirken und das Licht von Hintergrundgalaxien verstärken sowie mehrere Bilder von diesen erzeugen. Vor JWST waren hinter SMACS J0723.3−7327 insgesamt 19 Mehrfachbilder von sechs Hintergrundquellen bekannt. Die JWST-Daten enthüllten nun 27 zusätzliche Mehrfachbilder von zehn weiteren Objekten.

„In diesem ersten Schritt haben wir die Daten dieses brandneuen Teleskops verwendet, um den Linseneffekt von SMACS0723 mit großer Genauigkeit zu modellieren“, betont Gabriel Bartosch Caminha, Postdoc-Fellow am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), der Technischen Universität München und dem German Centre for Cosmological Lensing (GCCL). Die Forschenden verwendeten zunächst Daten des Hubble Space Telescopes (HST) und des Multi Unit Spectroscopic Explorers (MUSE), um ein „Pre-JWST“-Linsenmodell zu erstellen, und verfeinerten es dann mit den neu verfügbaren JWST-Nahinfrarotdaten. „Die JWST-Aufnahmen sind absolut verblüffend und wunderschön. Sie zeigen viel mehr Mehrfachbilder von Hintergrundquellen, die es uns ermöglichten, unser Massenmodell für die Gravitationslinse erheblich zu verbessern“, fügt er hinzu.

Von den neu entdeckten, gelinsten Objekten gibt es bisher noch keine Entfernungsschätzungen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwendeten ihr neues Modell für die Massenverteilung, um die Entfernung dieser Linsengalaxien abzuschätzen. Ein Objekt scheint sich demnach in der erstaunlichen Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren zu befinden (Rotverschiebung > 7,5), das heißt sein Licht wurde in den frühen Entwicklungsstadien unseres Universums emittiert. Von dieser Galaxie entstanden drei Mehrfachbilder und ihre Helligkeit wurde insgesamt um etwa das 20-fache verstärkt.

Um solche weit entfernten Objekte zu untersuchen, ist es jedoch von grundlegender Bedeutung, den Linseneffekt des Galaxienhaufens im Vordergrund genau zu beschreiben. „Unser genaues Massenmodell bildet die Grundlage für die Untersuchung der JWST-Daten“, betont Sherry Suyu, Forschungsgruppenleiterin am MPA und dem Exzellenzcluster Origins, außerordentliche Professorin an der Technischen Universität München und Gastwissenschaftlerin am Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik. „Die spektakulären JWST-Bilder zeigen eine große Vielfalt stark gelinster Galaxien, die dank unseres genauen Modells jetzt im Detail untersucht werden können“, erläutert sie.

Das neue Modell für die Massenverteilung des Vordergrundhaufens ist in der Lage, die Positionen aller Mehrfachbilder mit hoher Genauigkeit zu reproduzieren und ist damit eines der besten verfügbaren Massenmodelle. Für Folgestudien dieser Quellen werden die Linsenmodelle, einschließlich Vergrößerungskarten (magnification maps) und Rotverschiebungen (also Entfernungen), die aus dem Modell geschätzt werden, öffentlich zugänglich gemacht. „Wir freuen uns sehr darüber“, fügt Suyu hinzu, „und wir warten gespannt auf zukünftige JWST-Beobachtungen anderer Galaxienhaufen mit starkem Linseneffekt. Diese werden es uns nicht nur ermöglichen, die Massenverteilungen von Galaxienhaufen besser einzugrenzen, sondern auch Galaxien mit hoher Rotverschiebung zu untersuchen.“

Publikation
G. B. Caminha, S. H. Suyu, A. Mercurio, G. Brammer, P. Bergamini, A. Acebron, and E. Vanzella: First JWST observations of a gravitational lens – Mass model of new multiple images with near-infrared observations of SMACS J0723.3−7327, submitted to A&A Letters.
https://arxiv.org/abs/2207.07567
pdf: https://arxiv.org/pdf/2207.07567

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 6. Juni 2022.

6. Juni 2022 – Das Nahinfrarotbild ermöglicht den Astronomen, die Sternentstehungsgebiete des Universums zu kartieren und zu lernen, wie die frühesten und entferntesten Galaxien entstanden sind. Diese hochauflösende Durchmusterung mit dem Namen 3D-DASH ist insbesondere dazu geeignet, seltene Objekte und Ziele für Folgebeobachtungen mit dem kürzlich gestarteten Weltraumteleskop James Webb (JWST) während dessen jahrzehntlanger Mission zu finden.

„Seit seinem Start vor mehr als 30 Jahren hat das Hubble-Weltraumteleskop eine Renaissance in der Erforschung der Entwicklung von Galaxien der letzten 10 Milliarden Jahre des Universums ausgelöst“, sagt Lamiya Mowla, Dunlap Fellow am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics der Fakultät für Kunst und Wissenschaft der Universität Toronto und Hauptautorin der Studie. „Das 3D-DASH-Programm vergrößert das Erbe von Hubble im Hinblick auf Weitwinkelaufnahmen insofern, als dass wir damit beginnen können, die Geheimnisse der Galaxien jenseits unserer eigenen zu enträtseln.“

3D-DASH bietet den Forschern zum ersten Mal eine vollständige Nahinfrarot-Durchmusterung des gesamten COSMOS-Feldes, eines der reichhaltigsten Datensätze für extragalaktische Studien außerhalb der Milchstraße. Da das nahe Infrarot die längste und röteste Wellenlänge ist, die mit Hubble beobachtet werden kann – knapp jenseits dessen, was für das menschliche Auge sichtbar ist – können die Astronominnen und Astronomen die frühesten und am weitesten entfernten Galaxien besser erkennen.

Außerdem müssen sie einen großen Bereich des Himmels absuchen, um seltene Objekte im Universum zu finden. Bislang war ein so großes Bild nur vom Boden aus verfügbar und litt unter einer schlechten Auflösung, was die Beobachtungsmöglichkeiten einschränkte. 3D-DASH wird dazu beitragen, einzigartige Phänomene wie die massereichsten Galaxien des Universums, hochaktive schwarze Löcher und Galaxien zu identifizieren, die kurz davor stehen, miteinander zu kollidieren und zu verschmelzen.

„Ich bin neugierig auf Riesengalaxien, die massereichsten Galaxien im Universum, die durch die Verschmelzung anderer Galaxien entstanden sind. Wie haben sich ihre Strukturen entwickelt und was hat ihre Form verändert?“, sagt Mowla, die 2015 als Doktorandin an der Yale University mit dem Projekt begann. „Es war schwierig, diese extrem seltenen Ereignisse mit vorhandenen Aufnahmen zu untersuchen, und das war der Grund für die Konzeption dieser großen Durchmusterung.“

Um einen so ausgedehnten Himmelsbereich abzubilden, setzten die Forscher eine neue Technik mit Hubble ein, die als Drift And SHift (DASH) bekannt ist. DASH erzeugt ein Bild, das achtmal größer ist als das Standard-Sichtfeld von Hubble, indem mehrere Aufnahmen gemacht werden, die dann zu einem Gesamtmosaik zusammengefügt werden, ähnlich wie bei der Aufnahme eines Panoramabildes mit einem Smartphone.

DASH nimmt auch schneller Bilder auf als die übliche Methode, indem es acht Bilder pro Hubble-Umlaufbahn aufnimmt, anstatt eines einzigen Bildes, wodurch in 250 Stunden erreicht wird, was vorher 2.000 Stunden gedauert hätte.

„3D-DASH fügt dem COSMOS-Feld eine neue Ebene einzigartiger Beobachtungen hinzu und ist auch ein Sprungbrett für die Weltraumdurchmusterungen des nächsten Jahrzehnts“, sagt Ivelina Momcheva, Leiterin der Datenwissenschaft am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Leitende Wissenschaflerin der Studie. „Sie gibt uns einen Vorgeschmack auf zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen und ermöglicht uns die Entwicklung neuer Techniken zur Analyse dieser großen Datensätze.“

3D-DASH deckt eine Gesamtfläche ab, die von der Erde aus gesehen fast sechsmal so groß ist wie der Mond am Himmel. Dieser Rekord wird wahrscheinlich auch vom Hubble-Nachfolger JWST nicht gebrochen werden. Dieses wurde eher für empfindliche Nahaufnahmen gebaut, um feine Details eines kleinen Gebiets zu erfassen. Es ist das größte Nahinfrarotbild des Himmels, das Astronomen zur Verfügung steht, bis die nächste Generation von Teleskopen wie das Nancy Grace Roman Space Telescope und Euclid im nächsten Jahrzehnt in Betrieb gehen. Das MPIA ist bei beiden Projekten beteiligt, sowohl wissenschaftlich als auch in der Entwicklung von Messinstrumenten.

Bis dahin können professionelle Astronomen und Hobby-Sterngucker den Himmel mit einer interaktiven Online-Version des 3D-DASH-Bildes erkunden, die von Gabriel Brammer, Professor am Cosmic Dawn Center des Niels-Bohr-Instituts der Universität Kopenhagen, erstellt wurde.

Weitere Informationen
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Das Goddard Space Flight Center der NASA verwaltet das Teleskop in Greenbelt, Maryland. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, ist für den wissenschaftlichen Betrieb von Hubble zuständig. Das STScI wird im Auftrag der NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. betrieben.

Originalpublikation
Lamiya A. Mowla, Sam E. Cutler, Gabriel B. Brammer, Ivelina G. Momcheva, et al., „3D-DASH: The Widest Near-Infrared Hubble Space Telescope Survey“ in The Astrophysical Journal (2022)
https://arxiv.org/abs/2206.01156

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• Hubble

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Quelle: Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik 6. Mai 2022.

6. Mai 2022 – Während die Astronomen etwa ein Drittel davon identifizieren und bekannten Objekten zuordnen konnten, handelt es sich bei mehr als 1.000 Spuren vermutlich um bisher unbekannte Asteroiden. Diese nicht identifizierten Asteroiden sind schwach und wahrscheinlich kleiner als die Asteroiden, die bei bodengestützten Durchmusterungen entdeckt wurden. Sie könnten den Astronomen wertvolle Hinweise auf die Bedingungen im frühen Sonnensystem geben, als die Planeten entstanden.

Im Juni 2019, dem Internationalen Asteroidentag, veröffentlichte eine internationale Gruppe von Astronomen den „Hubble Asteroid Hunter“, ein Bürgerbeteiligungsprojekt auf der Plattform Zooniverse. Ihr Ziel: die visuelle Identifizierung von Asteroiden in den Archivdaten des Hubble-Weltraumteleskops.

„Was für den einen Astronomen nur Müll ist, kann für einen anderen Astronomen ein Schatz sein“, scherzt Sandor Kruk, jetzt am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, der die Asteroiden-Studie leitete. Dabei werden Daten gesammelt, die bei den meisten Beobachtungen automatisch als Rauschen oder Störungen herausgefiltert werden. „Die Datenmenge in den Astronomiearchiven wächst exponentiell, und wir wollten uns diese erstaunlichen Daten zunutze machen.“ Die Astronomen identifizierten zwischen dem 30. April 2002 und dem 14. März 2021 mehr als 37.000 zusammengesetzte Bilder aufgenommen mit den ACS- und WFC3-Kameras an Bord des Hubble-Weltraumteleskops, die über den gesamten Himmel verteilt sind. Bei einer typischen Beobachtungszeit von einer halben Stunde sollten die Asteroidenspuren auf diesen Bildern als Streifen zu sehen sein.

„Aufgrund der Umlaufbahn und der Bewegung von Hubble selbst erscheinen die Streifen auf den Bildern gekrümmt, was es schwierig macht, Spuren von Asteroiden auf diesen Bildern zu klassifizieren – oder besser gesagt, es ist schwierig, einem Computer zu sagen, wie er sie automatisch erkennen soll“, erklärt Sandor Kruk. „Deshalb brauchten wir Freiwillige für eine erste Klassifizierung, mit denen wir dann einen Algorithmus für maschinelles Lernen trainierten.“ In Zahlen: Es gab 2 Millionen Klicks auf die „Hubble Asteroid Hunter“-Webseite, 11.482 Freiwillige fanden 1.488 positive Klassifizierungen in etwa 1 % der Bilder. Die Astronomen nutzten diese Klassifizierungen der Laienwissenschaftler*innen, um einen automatisierten Algorithmus für maschinelles Lernen in der Google Cloud zu trainieren und so in den verbleibenden Archivdaten nach weiteren Asteroidenspuren zu suchen. Dies führte zu 900 zusätzlichen Entdeckungen und einer Gesamtzahl von 2.487 möglichen Asteroidenspuren in den Hubble-Archivdaten.

Drei der Autoren, Sandor Kruk, Pablo García Martín von der Autonomen Universität Madrid und Marcel Popescu vom Astronomischen Institut der Rumänischen Akademie, prüften diese Spuren, wobei sie Spuren kosmischer Strahlung und andere Objekte ausschlossen. Der endgültige Datensatz enthielt 1.701 Spuren in 1.316 Hubble-Bildern. Von diesen konnten etwa ein Drittel als bekannte Asteroiden im „Minor Planet Center“, der größten Datenbank für Objekte des Sonnensystems, identifiziert werden, so dass 1.031 nicht identifizierte Spuren übrig blieben.

Für eine eindeutige Identifizierung als Asteroid (mit einer bekannten Umlaufbahn) sind weitere Beobachtungen erforderlich, aber die Stichprobe weist interessante Charakteristiken auf: Diese Objekte sind systematisch schwächer und daher wahrscheinlich kleiner als typische Asteroiden, die vom Boden aus entdeckt werden, haben aber eine ähnliche Geschwindigkeit und Verteilung am Himmel wie die bekannten Asteroiden im sogenannten Asteroidengürtel. In weiteren Arbeiten werden die Astronomen die Krümmung der Spuren, die durch die Bewegung von Hubble entstanden sind, nutzen, um die Entfernung zu den Asteroiden zu bestimmen und ihre Bahnen zu untersuchen.

„Asteroiden sind Überbleibsel aus der Entstehung unseres Sonnensystems; über sie können wir mehr über die Bedingungen bei der Geburt unserer Planeten erfahren“, erklärt Sandor Kruk. „Aber es gab auch andere Zufallsfunde in den Archivbildern, denen wir derzeit nachgehen. Der Einsatz einer solchen Kombination aus menschlicher und künstlicher Intelligenz zur Durchsuchung riesiger Datenmengen ist ein großer Fortschritt, und wir werden diese Techniken auch bei anderen bevorstehenden Durchmusterungen einsetzen, beispielsweise mit dem Euclid-Teleskop.“ Rene Laureijs, Projektwissenschaftler von Euclid und Mitautor der Studie, fügt hinzu: „Obwohl es für die Aufnahme von Galaxien konzipiert wurde, wird Euclid schätzungsweise 150.000 Objekte in unserem Sonnensystem beobachten.“

Originalveröffentlichung
Sandor Kruk et al.
Hubble Asteroid Hunter – I. Identifying asteroid trails in Hubble Space Telescope images
A&A published online 6 May 2022
DOI: https://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202142998 bzw. https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2022/05/aa42998-21/aa42998-21.html
arXiv pdf: https://arxiv.org/pdf/2202.00246

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie.

Eine Gruppe von Astronominnen und Astronomen unter der Leitung von Thomas Mikal-Evans vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat erstmals die atmosphärischen Bedingungen auf der Nachtseite eines heißen Jupiters in gebundener Rotation im Detail untersucht. Unter Einbeziehung von Messungen der Tagseite ermittelten sie, wie Wasser seinen Aggregatzustand ändert, wenn es sich zwischen den Hemisphären des Exoplaneten WASP-121 b bewegt. Diese Studie, die in Nature Astronomy veröffentlicht wurde, ist ein großer Schritt zur Entschlüsselung der globalen Stoff- und Energiekreisläufe in den Atmosphären von Exoplaneten.

Mit der ersten Entdeckung eines Exoplaneten, der einen sonnenähnlichen Stern umkreist, wurde vor mehr als 25 Jahren eine neue und exotische Planetenklasse eingeführt: der heiße Jupiter. Heiße Jupiter sind jupiterähnliche Riesengasplaneten auf engen Bahnen um ihre Zentralsterne, die nur durch wenige Sterndurchmesser voneinander getrennt sind. Aufgrund ihrer Nähe heizt die Strahlung des Sterns den Planeten auf mehrere hundert bis einige tausend Grad Celsius auf. Von den fast 5000 bekannten Exoplaneten sind mehr als 300 solche heißen Jupiter.

Mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops studierte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Thomas Mikal-Evans vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg die atmosphärischen Eigenschaften des heißen Jupiters WASP-121 b. Astronomen hatten diesen Exoplaneten 2015 im Sternbild Puppis in einer Entfernung von 855 Lichtjahren entdeckt. Seine Masse ist etwa 20 % größer als die des Jupiters, während WASP-121 b einen fast doppelt so großen Durchmesser hat.

„Trotz der Entdeckung von Tausenden von Exoplaneten konnten wir bisher nur die Atmosphären eines kleinen Teils der Planeten untersuchen, da die Beobachtungen sehr schwierig sind“, erklärt Mikal-Evans. „Bisher haben die meisten dieser Messungen nur begrenzte Informationen geliefert, wie z. B. grundlegende Details über die chemische Zusammensetzung oder die durchschnittliche Temperatur in bestimmten Unterregionen der Atmosphäre.“

Die genaueste Erkundung der Bedingungen auf der Nachtseite eines Exoplaneten
Die neuen Beobachtungen ermöglichten den Astronomen den bisher detailliertesten Einblick in die Bedingungen auf der Nachtseite eines Exoplaneten. Wie bei allen heißen Jupitern ist die Rotation von WASP-121 b durch Gezeitenkräfte an seine Umlaufbahn um seinen Mutterstern gebunden. Eine 30-stündige Umrundung des Sterns benötigt daher die gleiche Zeit, die der Planet braucht, um sich einmal um seine Achse zu drehen. Folglich ist die dem Stern zugewandte Hemisphäre immer der glühend heißen Oberfläche des Sterns ausgesetzt. Gleichzeitig weist die kühlere Nachtseite ständig in den kalten und dunklen Weltraum. Durch die Zusammenführung der Daten von beiden Seiten ergibt die Auswertung des Teams erstmals ein umfassendes Bild davon, wie die Atmosphäre eines Exoplaneten als globales System funktioniert.

„Um die gesamte Oberfläche von WASP-121 b zu untersuchen, haben wir mit Hubble Spektren während zweier kompletter Planetenumläufe aufgenommen“, erklärt Mitautor David Sing von der Johns Hopkins University in Baltimore, USA. Mit dieser Technik und unterstützt durch die Modellierung der Daten hat die Gruppe die obere Atmosphäre von WASP-121 b über den gesamten Planeten hinweg untersucht und dabei zum ersten Mal den kompletten Wasserkreislauf eines Exoplaneten beobachtet.

Der exotische Wasserkreislauf auf WASP-121 b
Auf der Erde ändert das Wasser ständig seinen Aggregatzustand. Festes Eis schmilzt zu flüssigem Wasser. Das Wasser verdampft zu Gas und kondensiert dann zu Tröpfchen, die Wolken bilden. Der Kreislauf schließt sich, wenn diese Tröpfchen zu Regentropfen heranwachsen, die schließlich herunterfallen und Flüsse und Ozeane speisen. Die neuen Hubble-Daten offenbaren jedoch einen Wasserkreislauf auf WASP-121 b, der völlig anders aussieht.

Auf der Seite des Planeten, die dem Zentralstern zugewandt ist, wird die obere Atmosphäre bis zu 3000 Grad Celsius heiß. Bei solchen Temperaturen beginnt das Wasser zu glühen, und viele der Moleküle zerfallen sogar in ihre atomaren Bestandteile. Die Hubble-Daten zeigen auch, dass die Temperatur auf der Nachtseite um etwa 1500 Grad Celsius sinkt. Dieser extreme Temperaturunterschied zwischen den beiden Hemisphären führt zu starken Winden, die den gesamten Planeten von Westen nach Osten umwehen und die aufgebrochenen Wassermoleküle mitreißen. Schließlich erreichen sie die Nachtseite. Die niedrigeren Temperaturen ermöglichen es den Wasserstoff- und Sauerstoffatomen, sich wieder zu verbinden und Wasserdampf zu bilden, bevor sie wieder auf die Tagseite geweht werden und der Zyklus sich wiederholt. Die Temperaturen sinken nie so weit ab, dass sich während des gesamten Zyklus Wasserwolken bilden können, geschweige denn Regen.

Metallwolken und Regen aus flüssigen Edelsteinen
Anstelle von Wasser bestehen die Wolken auf WASP-121 b hauptsächlich aus Metallen wie Eisen, Magnesium, Chrom und Vanadium. Frühere Beobachtungen haben die spektralen Signale dieser Metalle als Gase auf der heißen Tagseite nachgewiesen. Die neuen Hubble-Daten deuten darauf hin, dass die Temperaturen tief genug sinken, damit die Metalle auf der Nachtseite zu Wolken kondensieren können. Die gleichen ostwärts gerichteten Winde, die den Wasserdampf über die Nachtseite tragen, würden auch diese Metallwolken zurück auf die Tagseite blasen, wo sie erneut verdampfen.

Seltsamerweise waren Aluminium und Titan nicht unter den Gasen, die in der Atmosphäre von WASP-121 b nachgewiesen wurden. Eine wahrscheinliche Erklärung dafür ist, dass diese Metalle kondensiert und in tiefere Schichten der Atmosphäre geregnet sind, die für Beobachtungen nicht zugänglich sind. Dieser Regen wäre mit keinem anderen im Sonnensystem bekannten Regen vergleichbar. So kondensiert beispielsweise Aluminium mit Sauerstoff und bildet die Verbindung Korund. Mit Verunreinigungen aus Chrom, Eisen, Titan oder Vanadium ist er uns als Rubin oder Saphir bekannt. Auf der Nachtseite von WASP-121 b könnte es also flüssige Edelsteine regnen.

Die Aussichten mit dem Weltraumteleskop James Webb
„Es ist aufregend, Planeten wie WASP-121 b zu untersuchen, die sich sehr von denen in unserem Sonnensystem unterscheiden, denn sie ermöglichen es uns zu lernen, wie sich Atmosphären unter extremen Bedingungen verhalten“, sagt Mitautorin Joanna Barstow von der Open University in Milton Keynes, Großbritannien. Mikal-Evans fügt hinzu: „Um diesen Planeten besser zu verstehen, werden wir ihn mit dem James-Webb-Weltraumteleskop innerhalb des ersten Jahres seines Betriebs beobachten.“ Durch das Einbeziehen von Wellenlängen, die über die Reichweite von Hubble hinausgehen, kann das Team die Menge an Kohlenstoff in der Atmosphäre bestimmen, was Aufschluss darüber geben könnte, wie und wo WASP-121 b in der protoplanetaren Scheibe entstanden ist. Die Messungen werden sogar genau genug sein, um etwas über die Windgeschwindigkeiten in verschiedenen Höhen innerhalb der Atmosphäre zu erfahren.

Weitere Informationen
Das Team besteht aus Thomas Mikal-Evans (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland; Department of Physics and Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA [MIT]), David K. Sing (Department of Earth & Planetary Sciences and Department of Physics & Astronomy, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA), Joanna K. Barstow (School of Physical Sciences, The Open University, Milton Keynes, Großbritannien), Tiffany Kataria (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA), Jayesh Goyal (National Institute of Science Education and Research (NISER), HBNI, Jatni, Odisha, Indien; Department of Astronomy and Carl Sagan Institute, Cornell University, Ithaca, NY, USA [Cornell]), Nikole Lewis (Cornell), Jake Taylor (Institute for Research on Exoplanets, Department of Physics, Université de Montréal, Montréal, Kanada; Department of Physics (Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics), University of Oxford, Oxford, Großbritannien), Nathan. J. Mayne ( Physics and Astronomy, College of Engineering, Mathematics and Physical Sciences, University of Exeter, Exeter, Großbritannien), Tansu Daylan (MIT; Department of Astrophysical Sciences, Princeton University, Princeton, NJ, USA), Hannah R. Wakeford (School of Physics, University of Bristol, Bristol, Großbritannien), Mark S. Marley (Lunar and Planetary Laboratory, Department of Planetary Sciences, University of Arizona, Tucson, AZ, USA), Jessica J. Spake (Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA, USA).

Originalveröffentlichung
Thomas Mikal-Evans et al.
Diurnal variations in the stratosphere of the ultrahot giant exoplanet WASP-121b
Nature Astronomy (2022), DOI: 10.1038/s41550-021-01592-w, https://www.nature.com/articles/s41550-021-01592-w
Source (pdf):
https://www.mpg.de/18278975/MPIA-PR_WASP-121b_Mikal-Evans_2022_Article.pdf

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