Das James Webb-Weltraumteleskop zeigt die Spiralgalaxie NGC 1559 im Infrarotbereich (Bildnachweis: ESA/Webb/NASA/CSA/A. Leroy, J. Lee und das PHANGS-Team)
Die Infrarotsicht des James Webb Weltraumteleskops hat unsere Sicht auf eine große Spiralgalaxie verändert und ihr Skelett aus Staub enthüllt, das vom Glühen junger Sterne erleuchtet wird.
Bilder von NGC 1559 mit sichtbarem Licht, wie die des Hubble-Weltraumteleskops, zeigen einen glühenden Strudel aus Licht mit hellen, jungen Sternhaufen, die über Spiralarme verstreut sind, die mit Bahnen aus schwarzem Staub durchzogen sind.
Das JWST hat nun hinter das grelle Licht geblickt und mit seinem Infrarotblick das Innere der Galaxie enthüllt. Die Nahinfrarotkamera (NIRCam) des JWST sieht das durch den Staub gefilterte Sternenlicht sowie das Glühen von ionisiertem Wasserstoffgas in Sternentstehungsgebieten. Das Mittelinfrarot-Instrument (MIRI) des Weltraumteleskops konnte den Staub direkt beobachten und Wolken aus winzigen Partikeln einfangen, die von vergangenen Generationen von Sternen erzeugt wurden, und die Spiralstruktur von NGC 1559 nachzeichnen.
Das neue Bild des JWST von NGC 1559 ist nicht nur von exquisiter Schönheit. Es ist auch wissenschaftlich wertvoll. Es wurde im Rahmen des PHANGS-Projekts (Physics at High Angular Resolution in Nearby GalaxieS) erstellt, um besser zu verstehen, wie Sterne in allen möglichen Galaxien im Universum geboren werden, wie sie leben und wie sie sterben. PHANGS ist auch daran interessiert, mehr über das Zusammenspiel zwischen diesen Sternen und den Gas- und Staubwolken in einer Galaxie zu erfahren, sowie darüber, wie sie zusammen die großräumige Gesamtstruktur einer Galaxie beeinflussen. Das von einem internationalen Astronomenteam geleitete Projekt kartiert diese Galaxien über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg und nutzt dabei nicht nur das JWST, sondern auch eine Vielzahl anderer leistungsstarker Observatorien. Dazu gehören das Hubble-Weltraumteleskop, das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) und das Atacama Compact Array (ACA) in Chile, das Very Large Array (VLA) von Radioteleskopen in den Vereinigten Staaten, das MeerKAT-Radioteleskop in Südafrika und das Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) in Frankreich.
NGC 1559 sticht jedoch unter den von PHANGS beobachteten Galaxien hervor, weil sie sich in einem einsamen Fleck des Weltraums befindet. Sie hat keine nahen galaktischen Nachbarn und liegt im Sternbild des Netzes auf der Südhalbkugel. NGC 1559 ist auch die Heimat von vier Supernovae, die in den letzten 40 Jahren entdeckt wurden. Die ersten drei – SN 1984J, SN 1986L und SN 2005df – wurden alle von dem australischen Amateurastronomen Robert Evans entdeckt. Das war zu der Zeit, als Amateure, die Supernova-Patrouillen durchführten, den Großteil der explodierenden Sterne entdeckten, bevor professionelle automatisierte Teleskopdurchmusterungen online gingen. Ein Beispiel dafür ist die vierte Supernova, die in NGC 1559 beobachtet wurde, nämlich SN 2009ib, die von CHASE, der chilenischen automatischen Supernova-Suche am Cerro Tololo Inter-American Observatory, entdeckt wurde.
Die letzten beiden Supernovae – SN 2005df und SN 2009ib – sind besonders wichtig, weil sie es den Astronomen ermöglicht haben, die Entfernung zu NGC 1559 und damit den Platz der Galaxie auf der kosmischen Entfernungsleiter zu berechnen. Dies könnte bei der Berechnung der Expansionsrate des Universums helfen.
SN 2009ib ist eine so genannte Supernova vom Typ II-P. Sie repräsentiert die kataklysmische Explosion eines massereichen Sterns, aber ihre Lichtkurve – wie sich die Helligkeit der Supernova im Laufe der Zeit veränderte – blieb nach Erreichen der Spitzenhelligkeit 130 Tage lang flach oder auf einem Plateau. Das Plateau ist darauf zurückzuführen, dass das Wasserstoffgas in den Trümmern der Supernova undurchsichtig wurde, als es durch die Schockwelle der Supernova ionisiert wurde. Anhand der besonderen Merkmale dieser Plateau-Supernovas lässt sich die Entfernung der jeweiligen Supernova (und damit der Galaxie) von uns messen. Im Jahr 2009 berechneten Astronomen unter der Leitung von Katalin Takáts von der Universidad Andrés Bello in Chile anhand von SN 2009ib die Entfernung zu NGC 1559 und erhielten eine Antwort von 19,8 Megaparsec oder 64,57 Millionen Lichtjahren.
Bei SN 2005df handelt es sich um eine Supernova des Typs 1a, die die Zerstörung eines Weißen Zwerges signalisiert. Supernovae vom Typ 1a haben standardisierbare Helligkeiten. Je weiter sie entfernt sind, desto schwächer erscheinen sie, aber wenn wir ihre wahre, standardisierbare Helligkeit kennen, können wir genau herausfinden, wie weit sie entfernt sein müssen, um so schwach zu erscheinen, wie sie es tun. Daher können sie zur Bestimmung der kosmischen Entfernungen verwendet werden. Aus diesem Grund werden sie auch als „Standardkerzen“ bezeichnet. Im Jahr 2019 verwendeten Astronomen um Caroline Huang und Adam Riess von der Johns Hopkins University SN 2005df in Verbindung mit zwei anderen Arten von Standardkerzen, nämlich veränderlichen Sternen vom Typ Cepheid und Mira, um die Entfernung zu NGC 1559 zu bestätigen. Sie kamen zu einem Ergebnis von 19,8 Megaparsec, das hervorragend mit der früheren Messung von SN 2009ib übereinstimmt.
Teilweise auf der Grundlage dieser Entfernungsmessung konnte das Team von Huang und Riess die Helligkeit von Supernovae des Typs 1a in weiter entfernten Galaxien kalibrieren, um ihre Entfernungen genauer zu messen. Anschließend verglichen sie diese Entfernungen mit ihrer Rotverschiebung, um die Hubble-Konstante, ein Maß für die Expansion des Universums, auf 73,3 Kilometer pro Sekunde pro Megaparsec zu berechnen.
Diese Berechnung ist interessant, denn sie hat dem kosmologischen Paradoxon, das als „Hubble-Spannung“ bekannt ist, neue Nahrung gegeben: Messungen der Expansionsrate anhand von Supernovae des Typs 1a liefern eine andere Antwort als Messungen der Expansionsrate, die auf der Untersuchung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds beruhen und stattdessen eine Hubble-Konstante von 67,8 Kilometern pro Sekunde und Megaparsec ergeben.
Es bleibt ein Rätsel, warum diese Messungen unterschiedlich sind, wo sie doch eigentlich gleich sein müssten.
NGC 1559 hat noch eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft. Im Jahr 2023 entdeckten taiwanesische Astronomen mithilfe von Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA acht ultrahelle Röntgenquellen (ULXs) in NGC 1559. ULXs sind rätselhafte Objekte, die Ströme extrem energiereicher Röntgenstrahlung in einer Menge freisetzen, die durch keine bekannten Prozesse in Sternen erklärt werden kann. Es wird vermutet, dass es sich bei diesen Phänomenen um kompakte Objekte wie Neutronensterne und schwarze Löcher handelt.
Einer der acht ULXs in NGC 1559 sticht aus den anderen hervor. Seine Röntgenemission, die als X-24 bezeichnet wird, schwankt mit einer Periodizität von 7.500 Sekunden (zwei Stunden und fünf Minuten). Es wird vermutet, dass diese Periodizität mit der Umlaufzeit eines Objekts, wahrscheinlich eines Sterns, zusammenhängt, das sich um ein stellarmassiges Schwarzes Loch bewegt, dessen Gravitationskraft stark genug ist, um Material aus dem umkreisenden Objekt herauszureißen und zu verzehren. Sollte dies der Fall sein, wäre dies der erste kompakte Doppelstern ULX, der entdeckt wurde.
Für eine lose gewundene, aber hübsche Spiralgalaxie, die mitten im Nirgendwo liegt und in deren Nähe sich nur wenige andere Galaxien befinden, nimmt NGC 1559 für die Astronomen einen wichtigen Platz bei der Erforschung von Sternen, Galaxien und des Universums insgesamt ein.
