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Astronomen sind mittlerweile daran gewöhnt, dass das James-Webb-Teleskop die Grenzen der Astronomie immer weiter hinausschiebt – daher ist es wenig überraschend, dass das 10-Milliarden-Dollar-Teleskop erneut über sich hinausgewachsen ist.

Das James Webb Weltraumteleskop (JWST) hat – mit ein wenig Hilfe des Hubble Weltraumteleskops – möglicherweise eine Familie so genannter „gescheiterter“ brauner Zwerge in der Satellitengalaxie der Milchstraße, der Kleinen Magellanschen Wolke (SMC), gefunden. Sollte dies der Fall sein, wäre es das erste Mal, dass Astronomen solche Körper jenseits der Grenzen unserer eigenen Galaxie entdeckt haben.

Die potenziellen Braunen Zwerge befinden sich am Rande der SMC, einer Zwerggalaxie nahe der Milchstraße, in einem jungen Sternhaufen namens NGC 602. NGC 602 ist etwa 200.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Dieser Sternhaufen wird von den Astronomen gut untersucht, weil man annimmt, dass seine dichten Wolken aus Staub und Gas, die Bausteine von Sternenkörpern, Orte intensiver Sternbildung sind. Die Sternentstehung in dieser Region der SMC wird außerdem durch einen Fleck mit ionisiertem Wasserstoff, N90 genannt, belegt. Atomarer Wasserstoff entsteht, wenn das intensive ultraviolette Licht junger Sterne den Wasserstoffatomen die Elektronen entzieht.

Eine Illustration zeigt einen „gescheiterten“ Braunen Zwerg in der SMC, der auf die Milchstraße starrt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Auch aufgrund des geringen Vorkommens von Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind (Astronomen bezeichnen diese schwereren Elemente als „Metalle“), sind Regionen wie NGC 602 und die größere SMC ein guter Indikator für „metallarme“ Galaxien im frühen Universum.

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„Durch die Untersuchung der jungen, metallarmen Braunen Zwerge, die wir in NGC602 entdeckt haben, kommen wir dem Geheimnis näher, wie sich Sterne und Planeten unter den harten Bedingungen des frühen Universums gebildet haben“, sagte Elena Sabbi, Mitglied des Teams und Wissenschaftlerin an der Universität von Arizona, in einer Erklärung.

Die gleichen dicken Gas- und Staubbahnen machen Regionen wie diese faszinierend zu untersuchen. Allerdings stellen diese Bahnen eine Herausforderung für die Astronomen dar, da sie sichtbares Licht absorbieren.

Langwelliges, niederfrequentes Infrarotlicht kann durch diese Wolken hindurchschlüpfen, ohne absorbiert zu werden, und das ist die Wellenlänge des Lichts, mit dem das JWST den Kosmos untersucht. Daher sind die Nahinfrarotkamera (NIRCam) und das Mittelinfrarotinstrument (MIRI) des JWST ideal für die Untersuchung der SMC und von NGC 602. Es ist nicht verwunderlich, dass das leistungsstarke Weltraumteleskop mit der potenziellen ersten Entdeckung extragalaktischer Brauner Zwerge wieder einmal Neuland betreten hat.

Braune Zwerge scheitern…

Braune Zwerge haben den etwas unfairen Spitznamen „gescheiterte Sterne“, weil sie sich wie Sterne aus einer kollabierenden Wolke aus zu dichtem Gas und Staub bilden, aber nur eine Masse zwischen dem 13- und 75-fachen des Jupiters (0,13 bis 0,75-fache der Sonnenmasse) erreichen. Das bedeutet, dass sie nicht genügend Druck und Wärme erzeugen können, um in ihrem Kern die Fusion von Wasserstoff zu Helium auszulösen, den Prozess, der einen Hauptreihenstern ausmacht.

Braune Zwerge unterscheiden sich von Planeten nicht nur in Bezug auf ihre Entstehung. Anders als die meisten Planeten wandern diese Objekte auch unabhängig von ihren Muttersternen durch den Kosmos. Sie haben jedoch einige Merkmale mit Gasriesenplaneten gemeinsam, z. B. die Zusammensetzung ihrer Atmosphären und die Stürme, die über ihnen toben.

Bislang haben die Astronomen etwa 3.000 Braune Zwerge entdeckt, die sich jedoch alle innerhalb der Milchstraße befinden. Diese extragalaktischen Braunen Zwerge scheinen die Theorien über das Scheitern angehender Sterne zu bestätigen.

„Unsere Ergebnisse passen sehr gut zu der Theorie, dass die Massenverteilung von Körpern unterhalb der Wasserstoffverbrennungsgrenze einfach eine Fortsetzung der stellaren Verteilung ist“, sagte ESA-Wissenschaftler Peter Zeidler, Mitglied des Teams, in derselben Erklärung. „Es scheint, dass sie sich auf dieselbe Weise bilden; sie nehmen nur nicht genug Masse auf, um ein vollwertiger Stern zu werden.“

…Aber das JWST ist erfolgreich

Die JWST/NIRCam/MIRI-Daten, die im Rahmen des JWST GO-Programms mit der Nummer 2662 gesammelt wurden, liefern nicht nur bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse, sondern auch ein atemberaubend schönes Bild von NGC 602.

Der vom JWST gesehene Sternhaufen NGC 602 in der SMC, einer Satellitengalaxie der Milchstraße. (Bildnachweis: ESA/Webb, NASA & CSA, P. Zeidler, E. Sabbi, A. Nota, M. Zamani (ESA/Webb))Diese Entdeckung unterstreicht die Möglichkeiten, die Hubble und das JWST für die Untersuchung junger Sternhaufen bieten“, sagte Antonella Nota, Direktorin des International Space Science Institute in der Schweiz und ehemalige JWST-Projektwissenschaftlerin der ESA, in der Erklärung. „Hubble hat gezeigt, dass NGC602 sehr junge, massearme Sterne beherbergt, aber erst mit dem JWST können wir endlich das Ausmaß und die Bedeutung der Bildung substellarer Masse in diesem Haufen erkennen.

„Hubble und das JWST sind ein erstaunlich leistungsfähiges Teleskop-Duo!“

Die im April 2023 aufgenommenen Bilder von NGC 602 zeigen die dortigen Sternhaufen und die sie umgebenden Staubspuren und Gaswolken. Sie läuten eine neue Ära der detaillierten Untersuchung lokaler metallarmer Galaxien ein, die für die frühesten wasserstoff- und heliumdominierten Galaxien des Universums in Milliarden von Lichtjahren Entfernung nicht möglich ist.

„Nur mit der unglaublichen Empfindlichkeit und räumlichen Auflösung im richtigen Wellenlängenbereich ist es möglich, diese Objekte in so großen Entfernungen zu entdecken“, schloss Zeidler. „Das war bisher noch nie möglich und wird auch auf absehbare Zeit vom Boden aus unmöglich bleiben.“

Die Forschungsergebnisse des Teams werden am 23. Oktober in The Astrophysical Journal veröffentlicht.