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Webb-Teleskop hat Lichtsignal ohne sichtbare Quelle entdeckt
Rätsel im Hubble Ultra Deep Field: Das James-Webb-Weltraumteleskop hat eine auffällige Infrarot-Emission entdeckt, für die selbst besonders tiefe Himmelsaufnahmen keine sichtbare Quelle zeigen. Das Signal tauchte bei zwei Messkampagnen im Abstand von 88 Tagen auf. Ob dahinter eine ungewöhnliche Galaxie, ein aktives Schwarzes Loch oder ein vorübergehender Ausbruch steckt, ist offen.
Minneapolis (U.S.A.). Das Hubble Ultra Deep Field ist einer der am gründlichsten beobachteten Himmelsausschnitte überhaupt. In dem winzigen Feld im Sternbild Chemischer Ofen haben Weltraumteleskope bereits zahlreiche weit entfernte Galaxien aufgespürt. Trotzdem scheint sich dort noch ein bislang unbekannter kosmischer Lichtsender zu verbergen: Er verrät sich durch sein Spektrum, bleibt auf direkten Aufnahmen jedoch unsichtbar.
Spektrografen zerlegen das Licht eines Himmelskörpers in seine Wellenlängen. Dadurch werden einzelne helle Linien sichtbar, die entstehen, wenn Atome oder Ionen bei bestimmten Wellenlängen Strahlung aussenden. Solche Emissionslinien können etwas über die Zusammensetzung und Entfernung ihrer Quelle verraten. Doch dafür müssen Astronomen meist mehrere Linien miteinander vergleichen können.
Forscher der University of Minnesota (UMN) um Mason S. Huberty haben nun eine ungewöhnliche Suchmethode mit dem Nahinfrarotspektrografen NIRSpec des James-Webb-Weltraumteleskops erprobt. Anstatt nur bereits bekannte Himmelskörper ins Visier zu nehmen, ließen sie mehr als 90 Prozent der winzigen Blenden des Instruments offen. Abgedeckt wurden vor allem bekannte Vordergrundobjekte, deren Licht die Suche nach schwachen Signalen stören könnte.
Mit der sogenannten Multi-Object Coronagraphy for Slitless Spectroscopy (MOCSS) wollten die Astronomen auch Quellen finden, für die es noch keinen Eintrag in bestehenden Himmelskatalogen gibt. Dazu beobachteten sie das Hubble Ultra Deep Field im August und November 2023 aus zwei um knapp 90 Grad verschiedenen Ausrichtungen. Das erleichtert es, echte astronomische Signale von instrumentellen Artefakten zu unterscheiden.
Die Suche lieferte sieben besonders zuverlässig identifizierte Emissionslinien. Sechs ließen sich bekannten Galaxien zuordnen, die siebte dagegen nicht. Sie liegt bei rund 1,6 Mikrometern Wellenlänge, also im nahen Infrarot. Das Signal erschien in allen vier ausgewerteten Messgruppen und bei beiden Beobachtungsausrichtungen. Ein einfacher Detektorfehler ist daher unwahrscheinlich.
Das Merkwürdige: Am ermittelten Himmelsort ist weder in den extrem tiefen Hubble-Aufnahmen noch auf den Bildern der Webb-Nahinfrarotkamera ein passender Himmelskörper zu erkennen. Nach den Berechnungen des Teams hätte bereits die gemessene Emissionslinie selbst ein ausreichend helles Signal auf den Webb-Aufnahmen erzeugen müssen. Dort fehlt jedoch jede entsprechende Lichtquelle.
Ein wichtiger Unterschied liegt im Aufnahmezeitpunkt. Die zum Vergleich verwendeten Webb-Bilder stammen vom Oktober 2022, während die Spektren erst rund ein Jahr später entstanden. Möglicherweise war die Quelle damals deutlich schwächer oder noch gar nicht aktiv. Sollte sie hingegen dauerhaft gleich hell sein, müsste die sogenannte Äquivalentbreite der Linie mindestens 7.620 Ångström betragen. Diese Kennzahl misst, wie stark die Linie im Verhältnis zum übrigen Licht hervortritt. Ein solcher Wert wäre für übliche Galaxien außerordentlich hoch.
Welche Atome die Linie erzeugt haben, ist bisher unklar. Je nachdem, ob sie von Wasserstoff oder Sauerstoff stammt, könnte die Quelle sehr unterschiedliche Entfernungen besitzen. Eine gewöhnliche sternbildende Galaxie passt jedoch nicht gut zu den Daten: Für mehrere naheliegende Zuordnungen müssten weitere Emissionslinien auftreten, die das Team nicht gefunden hat.
Eine besonders ferne Galaxie aus der Frühzeit des Universums wäre ebenfalls denkbar. Wenn die Linie von sogenannter Lyman-Alpha-Strahlung des Wasserstoffs stammt, ergäbe sich eine Rotverschiebung von etwa 12,16. Dann müsste das Licht