James-Webb-Weltraumteleskop veröffentlicht erstes direktes Bild eines Exoplaneten

 (smithsonianmag.com)
2 Punkte von GN⁺ 2025-06-28 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Das JWST-Beobachtungsteam hat in der Trümmerscheibe um den jungen Stern TWA 7, etwa 111 Lichtjahre von der Erde entfernt, eine schwache Infrarotlichtquelle entdeckt; falls bestätigt, wäre sie der erste vom Teleskop direkt entdeckte Exoplanet
  • Die meisten der Tausenden bekannten Exoplaneten wurden über indirekte Methoden entdeckt, etwa durch schattenartige Signale, wenn sie vor ihrem Stern vorbeiziehen; diese Studie unterscheidet sich dadurch, dass sie einen Kandidaten per Direktaufnahme erfasst hat
  • Die Forschenden reduzierten das Problem, dass Sternlicht deutlich heller ist als ein Planet, mit einem Koronografen und fortgeschrittener Bildverarbeitung und identifizierten so die Infrarotlichtquelle nahe TWA 7
  • Das Kandidatenobjekt TWA 7 b wird auf eine saturnähnliche Masse, etwa 120 Grad Fahrenheit und eine Position in rund 50-facher Erde-Sonne-Entfernung geschätzt; die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine Hintergrundgalaxie handelt, liegt bei etwa 0,34 %
  • Wird es als Exoplanet bestätigt, wäre es ein Fall, in dem ein Planet, der eine Struktur in einer Trümmerscheibe erzeugt, direkt beobachtet wurde; zugleich zeigt dies, dass das JWST Massen- und Entfernungsbereiche erschließen kann, die mit bisherigen Beobachtungen schwer zugänglich waren

Ein Planetenkandidat um TWA 7

  • Das JWST-Beobachtungsteam hat in der Trümmerscheibe um den jungen Stern TWA 7 eine schwache Infrarotlichtquelle identifiziert
    • TWA 7 ist etwa 111 Lichtjahre von der Erde entfernt
    • Die Forschenden halten es für wahrscheinlich, dass diese Lichtquelle ein Exoplanet ist
    • Bei Bestätigung wäre es der erste Fall, in dem das JWST durch Direktaufnahme einen neuen Exoplaneten entdeckt hat
  • Die Studie wurde in Nature veröffentlicht
  • Das JWST hatte im Januar 2023 bereits eine frühere Entdeckung eines potenziellen Exoplaneten bestätigt; diese Studie gilt jedoch als Fall, in dem durch Direktaufnahme ein neuer Exoplanet gefunden wurde

Direktaufnahme und Beobachtungsergebnisse

  • Der Grund, warum Exoplaneten schwer direkt abzubilden sind, ist die Helligkeit des Sterns, die das schwache Licht der umliegenden Planeten überstrahlt
  • Die Forschenden blockierten das starke Sternlicht mit dem Koronografen des JWST und entfernten verbleibendes Streulicht durch fortgeschrittene Bildverarbeitung
  • Dadurch wurde nahe TWA 7 eine schwache Infrarotlichtquelle sichtbar; das Kandidatenobjekt wird TWA 7 b genannt
    • Seine Masse wird auf ein Niveau ähnlich dem des Saturn geschätzt
    • Die Temperatur wurde in ersten Beobachtungen auf etwa 120 Grad Fahrenheit bestimmt
    • Der Abstand zum Stern beträgt etwa das 50-Fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne
    • Es befindet sich in einer Lücke in einem der drei Staubringe der Trümmerscheibe
    • Die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine Hintergrundgalaxie handelt, beträgt etwa 0,34 %
  • TWA 7 ist seit Langem von Interesse, weil seine Trümmerscheibe von der Erde aus frontal zu sehen ist; frühere Studien hatten über Lücken in der Scheibe indirekt auf die Existenz eines noch unentdeckten Planeten hingedeutet
  • Die Forschenden simulierten das potenzielle Planetensystem mit Computermodellen; die daraus resultierenden Bilder stimmten mit den JWST-Beobachtungen überein und erhöhten so die Vertrauenswürdigkeit
  • Die Masse von TWA 7 b liegt bei etwa einem Zehntel der bisher direkt abgebildeten Exoplaneten und zeigt damit die Beobachtungsleistung der JWST-Instrumente
  • Wird diese Lichtquelle als tatsächlicher Exoplanet bestätigt, wäre es die erste Entdeckung, die direkt mit einem Planeten verbunden ist, der eine Trümmerscheibe um einen Stern formt
  • Das JWST erschließt in Bezug auf Exoplanetenmasse und Abstand zum Stern Bereiche, die mit früheren Beobachtungen schwer zugänglich waren, und kann dazu beitragen, die Vielfalt sowie Entstehung und Entwicklung von Exoplanetensystemen zu verstehen

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2025-06-28
Meinungen auf Hacker News
  • Falls es jemanden interessiert: Wir sind noch sehr weit davon entfernt, von diesem Planeten oder irgendeinem Exoplaneten ein Bild mit mehr als 1 Pixel zu bekommen.
    Um diesen Planeten aus 110 Lichtjahren Entfernung mit 100×100 Pixeln, also etwa in der Auflösung eines kleinen Icons, aufzunehmen, bräuchte man ein Teleskop mit einem Durchmesser von etwa 450 km. Das ist eine physikalische Grenze, die von der Wellenlänge des Lichts abhängt.
    Das Beste wäre, ein weltraumgestütztes optisches Interferometer mit zwei 450 km voneinander entfernten Knoten zu bauen und diese auf eine Wellenlänge genau zu synchronisieren – technisch eine extrem schwierige Aufgabe.

    • Es geht sogar noch besser. Wenn man die Sonne als Gravitationslinse nutzt[1] und eine Sonde an die Fokusposition bei 542 AU bringt, könnte man die Oberfläche eines 98 Lichtjahre entfernten Planeten mit einer Auflösung von 25 km sehen[2].
      Das wäre ein unglaublich großes und langwieriges Unterfangen, scheint aber im Rahmen der heutigen technologischen Fähigkeiten der Menschheit zu liegen.

      1. https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_gravitational_lens

      2. https://www.nasa.gov/general/direct-multipixel-imaging-and-s...

    • Wenn man diesen Gedanken weiterführt, fallen mehrere mögliche Lösungen des Fermi-Paradoxons weg.
      Wenn man wie ich davon ausgeht, dass die Zukunft der Zivilisation ein Dyson Swarm ist, würden Hunderte Millionen orbitaler Strukturen um die Sonne entstehen, ungefähr zwischen den Umlaufbahnen von Venus und Mars. Trotzdem läge der durchschnittliche Abstand bei etwa 100.000 km, es wäre also nicht einmal überfüllt.
      Oft wird gefragt, warum man das tun sollte; der Grund ist einfach: Landfläche und Energie pro Masseneinheit. Bei 10 Milliarden Menschen hätte jeder ein Stück Land von der Größe Afrikas und ein Energiebudget in der Größenordnung der gesamten Sonnenleistung, die die Erde erreicht – eine wirklich kaum vorstellbar große Energiemenge.
      Dann würde man nicht ein 450 km breites Teleskop verwenden, sondern orbitale Strukturen, die bis zu etwa 400 Millionen km voneinander entfernt sind. Die Auflösung, mit der man ferne Welten sehen könnte, wäre unvorstellbar hoch.
      Deshalb werden Lösungen des Fermi-Paradoxons schwächer, die darauf setzen, dass sich Hochzivilisationen verstecken könnten. Vor einer K2-Zivilisation kann man sich nicht verstecken.

    • Wie groß müssten Teleskop, Spiegel oder Linse sein, um das Alpha-Centauri-System in 4,37 Lichtjahren Entfernung abzubilden?
      Und könnte man außerdem einen großen Bereich „scannen“ und anschließend viele kleine Bilder zu einem Gesamtbild zusammensetzen?

    • Es wäre wirklich großartig, eine Anordnung weltraumgestützter Teleskope gleichmäßig auf der Erdumlaufbahn um die Sonne zu verteilen und Teleskope, die durch die Sonne verdeckt sind und nicht direkt mit der Erde kommunizieren können, untereinander als Relais arbeiten zu lassen.
      Dann hätte man bei Beobachtungen außerhalb der Bahnebene des Sonnensystems eine synthetische Apertur von 2 AU. Vielleicht könnte das sogar zugleich als Gravitationswellenobservatorium dienen.
      Natürlich ist das im Moment eher Science-Fiction als Wissenschaft, aber es erscheint plausibel, dass man so etwas eines Tages bauen könnte.

    • Oder man nimmt einfach zwei oder mehr Teleskope in 450 km Abstand:

  • Der Name Anne-Marie Lagrange, der Erstautorin der Studie, passt einfach zu gut zu einer Astrophysikerin.
    Ich frage mich, ob sie entfernt mit der Person verwandt ist, nach der die Lagrange-Punkte benannt sind. https://en.wikipedia.org/wiki/Lagrange_point
    Nebenbei: Ich kannte A-M Lagrange bisher nicht, aber ihre Karriere ist wirklich beeindruckend: https://en.wikipedia.org/wiki/Anne-Marie_Lagrange
    • In Scopus gibt es 390 Profile von Personen mit dem Namen Lagrange. Das ist kein sehr häufiger Nachname, aber auch kein seltener; und einige davon landen zwangsläufig in der Wissenschaft, ob sie nun Nachkommen von Joseph-Louis sind oder nicht.
    • Genau das habe ich auch gedacht. Vermutlich ist hier wieder Nominativer Determinismus am Werk.
    • Tatsächlich umkreist das JWST L2!

https://webbtelescope.org/contents/media/images/01F4STZH25YJ...

  • Früher war ich gegenüber JWST skeptisch. Ich dachte, es wäre eine bessere Investition in die Wissenschaft gewesen, etwas zu warten und dann günstigere große Trägerraketen sowie Fortschritte bei Computational Imaging zu nutzen.
    Aber das hier ist der Höhepunkt eines Kathedralenbaus für die Wissenschaft. Von dem Moment an, als wir das Universum zum ersten Mal verstanden, bis zu dem Moment, als wir aus dem langen Traum erwachten, im Zentrum eines von Gott geschaffenen Universums zu stehen: Jeder Stein, den wir seitdem aufeinandergesetzt haben, hat die heutige Wissenschaft geformt. Und nun können wir uns nicht nur andere Kugeln vorstellen, auf denen man stehen könnte, sondern ganze andere Systeme aus solchen Kugeln — und sie tatsächlich sehen.
    Wirklich erhaben.
    • Wenn man so denkt, warum sollte man dann überhaupt irgendetwas tun?
      Diese Logik lässt sich auf fast alles anwenden. Etwas Besseres kommt ja bald, also wartet man einfach.
      Beim Bau des JWST gab es sicher auch andere Fortschritte, und solche Technologien könnten in ein theoretisch besseres Teleskop einfließen.
  • Der Teil, dass „die neu entdeckte Infrarotquelle auch mit geringer Wahrscheinlichkeit eine Hintergrundgalaxie sein könnte“, ist interessant im Hinblick auf die Größenordnung des Fehlers — auch wenn ich verstehe, dass diese Arbeit schwierig ist.
    Im Grunde heißt das: „Wir dachten, wir hätten ein Foto von etwas gemacht, aber vielleicht waren es in Wirklichkeit Milliarden von viel weiter entfernten und viel größeren Dingen.“
    • Mit der Zeit sollte sich durch die Orbitalbewegung zwischen den beiden Möglichkeiten unterscheiden lassen.
      Wenn sie allerdings einen eher kleinen Stern auf einer 50-AU-Bahn umkreist, könnte das ziemlich lange dauern.
  • Um die Entfernung von 111 Lichtjahren anders greifbar zu machen: Die Voyager-Sonden haben von der Erde aus noch nicht einmal einen Lichttag zurückgelegt.
  • Ein weiterer toller Aspekt dieser Methode ist, dass Planeten umso leichter zu sehen sind, je weiter sie vom hellen Stern entfernt sind; sie begünstigt also Planeten in großer Entfernung vom Stern.
    Die heutigen Methoden sind dagegen auf nahe Planeten verzerrt. Sowohl Dopplerverschiebung als auch Lichtkurvenverfahren erkennen besonders gut Planeten, die nahe um ihren Stern kreisen.
    Zusammen eingesetzt werden uns die beiden Methoden ein besseres Bild der Planetenverteilung geben.
  • Die Passage „Um die Beobachtungen weiter zu untermauern, ließen Lagrange und Kollegen ein Computermodell zur Visualisierung des potenziellen Planetensystems laufen, und die simulierten Bilder stimmten mit den vom Teleskop aufgenommenen Bildern überein. ‚Deshalb konnten wir wirklich sicher sein, dass es einen Planeten gibt‘“ — ich mag diese Arbeit selbst und sehe auch keinen Grund, daran zu zweifeln, dass es sich um ein echtes Exoplanetenbild handelt, aber solche Modellierung halte ich als Beleg zur Stützung einer Hypothese für ziemlich schwach.
    Modelle werden aus Annahmen gebaut, und diese Annahmen werden von Erwartungen beeinflusst. Modelle sind keine Daten.
    • Es kommt darauf an, wie das Modell erstellt wurde und wie es verwendet wurde. Idealerweise würde man erwarten, dass die große Mehrheit der möglichen Beobachtungen nicht zum Modell passt.
      Wenn die tatsächliche Beobachtung dann passt, ist das ein starkes Signal, dass man das erwartete Objekt sieht. Wenn sie dagegen nicht passt, kann man sich nicht einmal sicher sein, ob nicht nur das Modell ein wenig falsch ist.
  • Der HN-Titel war leicht falsch. Das ist nicht das erste direkte Bild eines Exoplaneten, das JWST aufgenommen hat. Auch in einem Artikel vom März gab es mehrere JWST-Bilder von Exoplaneten: https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-images-you...
    Im Originaltitel „The James Webb Space Telescope Reveals Its First Direct Image Discovery of an Exoplanet“ fehlt im HN-Titel das Schlüsselwort „discovery“. Gemeint ist also, dass erstmals ein zuvor unbekannter Planet per direktem Imaging entdeckt wurde.
    • Jetzt wurde „discovery“ in den Titel aufgenommen.
      Der eingereichte Titel lautete „James Webb Space Telescope reveals its first direct image of an exoplanet“ und war vermutlich ein gut gemeinter Versuch, unter das 80-Zeichen-Limit von HN zu kommen. Jetzt passt es, indem JWST abgekürzt wurde.
  • JWST ist ein Wunderwerk der Ingenieurskunst. Gleichzeitig ist es aber auch eine Maschine, die für die Beschränkungen der stärksten Raketen der 1990er-Jahre ausgelegt wurde.
    Da nun mehrere superschwere Trägerraketen mit riesigen Nutzlastverkleidungen in Entwicklung sind, kann man sich ausmalen, wie leistungsfähig künftige Teleskope werden könnten.
    • Ich hoffe, dass wir eines Tages ein ausreichend leistungsfähiges Teleskop haben und es zu einem Van-Leeuwenhoek-Moment im galaktischen Maßstab kommt, so wie Van Leeuwenhoek Mikroben entdeckte. Also zu dem Moment, in dem wir plötzlich sehen, dass die Galaxis von Raumschiffen wimmelt.
    • Es ist schwierig, sich für eine Nutzlast der JWST-Klasse zu entscheiden, wenn sie von einer noch nicht erprobten Trägerrakete abhängt.
      Wenn man Missionen plant, deren Zeiträume in Jahrzehnten gemessen werden, will man wahrscheinlich warten, bis etwas, das „in Entwicklung“ ist, tatsächlich bewährt ist.
    • Stimmt. Schade, dass nicht ein oder zwei Zwillinge parallel entwickelt wurden. Die Zusatzkosten wären wohl nicht groß gewesen, und inzwischen gäbe es auch eine SpaceX-Rakete zum Starten.
  • Das ist wirklich aufregend. Irgendwann werden wir solche Entdeckungen wohl als Bilder mit höherer Auflösung bekommen. Es wäre schön, wenn jemand mit mehr Fachwissen auf diesem Gebiet etwas dazu sagen könnte.
    Der Moment, in dem wir erstmals einen erdähnlichen Exoplaneten als direkte Beobachtungsaufnahme erhalten, wird ein historischer Wendepunkt sein.
    • Das wird über die solare Gravitationslinse passieren. Dazu gibt es eine aktuelle NASA-Arbeit.
      Im Grunde schickt man eine Sonde in die dem Ziel-Exoplaneten entgegengesetzte Richtung auf über 550 AU hinaus und richtet sie zur Sonne aus; dann kann man ein verzerrtes, hochaufgelöstes Bild dieses Planeten um die Sonne herum gewinnen. Anschließend lässt es sich per Algorithmus wie ein normales Foto rekonstruieren.
      Die Reisezeit dürfte wahrscheinlich Jahrzehnte betragen, und die Entwicklungszeit wohl ebenfalls lang sein. Trotzdem könnten wir in 40 bis 100 Jahren vielleicht viele HD-Bilder „naher“ Exoplaneten sehen. Wenn ich dann noch lebe, wäre ich unglaublich aufgeregt.
    • Das Nancy Grace Roman Space Telescope wird als Technologiedemonstrator einen besseren Koronografen mitführen. Es kommen laufend neue Ansätze hinzu, diese Technik weiter zu verbessern.