Linseneffekt: Webb zeigt, wie sich frühe Galaxien unter dem Einfluss der Gravitation verbiegen
Was kosmische Schwerkraft mit Licht anstellen kann, beweist eine Aufnahme des James-Webb-Weltraumteleskops: Ein großer Galaxienhaufen verzerrt und vervielfacht die Ansichten dahinterliegender Galaxien. Solche optischen Verzerrungen durch die Schwerkraft werden auch als Gravitationslinsen bezeichnet.
Das ESA-Bild des Monats zeigt im Vordergrund den Galaxienhaufen MACS J0454.1-0300, dessen goldfarbene Galaxien einem zusammenhängen System angehören. Im Hintergrund sind noch wesentlich weiter entfernte orangefarbene Galaxien zu sehen – die optisch verzerrt einen Bogen beschreiben.
Auch dieser Galaxienhaufen ist extrem weit entfernt. Sein Licht war unterwegs, als das Universum rund acht Milliarden Jahre alt war. Besonders auffällig sind jedoch die verzogenen Formen im Hintergrund: Sie sind keine optischen Fehler, sondern Folgen der Gravitation.
Mehrfachbilder aus dem frühen Universum
Wenn gewaltige Massen – wie Galaxienhaufen – das Licht ferner Objekte ablenken, entsteht eine sogenannte Gravitationslinse. Sie kann entfernte Galaxien vergrößern und ihre Erscheinung in lange Bögen ziehen. Durch diesen natürlichen Effekt werden also auch verdeckte Objekte sichtbar, die allein mit Teleskopen nicht erreichbar wären.
Das Ganze kann noch ungewöhnlicher werden: Unter bestimmten geometrischen Bedingungen erscheint dieselbe Hintergrundgalaxie mehrfach. Vier oder mehr Bilder sind selten, weil Position und Form von Vorder- und Hintergrundobjekt sehr genau zusammenspielen müssen. Ein solches Mehrfachbild findet sich nur bei etwa 10 bis 20 Prozent der Galaxienhaufen. Bei MACS J0454.1-0300 entdeckten Forschende diese seltene Konfiguration in den Webb-Daten gleich zweimal. Damit wurde erstmals ein Galaxienhaufen beobachtet, in dem dieses Phänomen mehrfach auftritt.
Die Linsenbilder führen zudem in unterschiedliche Epochen der kosmischen Geschichte. Eine der Galaxiengruppen sieht aus, wie sie etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall aussah. Sie scheint gerade miteinander zu verschmelzen – ein Vorgang, der eine enorme Welle neuer Sternentstehung auslösen kann. Eine weitere Galaxie in Linsenform stammt aus einer noch früheren Phase, rund 800 Millionen Jahre nach dem Urknall.
Webb löst feinste Strukturen auf
Bemerkenswert sind zudem einzelne helle Knoten in den gelinsten Bereichen. Sie entsprechen Regionen, die nur ungefähr fünf Lichtjahre groß sind. Die kosmische Linse vergrößert solche Strukturen in manchen Fällen um mehr als das 300-Fache.
Wie stark Webb seine Vorgängerinstrumente ergänzt, zeigt der Vergleich mit einer Hubble-Aufnahme desselben Haufens aus dem Jahr 2014. Zwei helle Sterne unserer Milchstraße und eine diffuse weiße Galaxie nahe dem Zentrum sind auf beiden Bildern zu erkennen. Webb enthüllt darüber hinaus Hunderte weiterer Galaxien.
Grund dafür ist nicht, dass die Objekte neu entstanden wären. Sie waren bereits auf dem älteren Bild vorhanden, senden ihr Licht jedoch besonders stark im roten Spektralbereich aus. Webb ist für diese langwellige Strahlung wesentlich empfindlicher und kann deshalb Strukturen sichtbar machen, die Hubble kaum hervorhob.
Die Beobachtungen stammen aus zwei Webb-Programmen. Eines sucht nach einzelnen, stark vergrößerten Sternen aus dem ersten Milliardenjahr des Universums und will gelinste Galaxien künftig besonders überwachen. Das Zweite untersucht Galaxienhaufen über viele Wellenlängen, um zu erforschen, wie Sterne entstehen und sich frühe Galaxien entwickeln.
Artikelreferenz
ESA. (2026). Picture of the Month.