JWST enthüllt den berühmten Galaxienhaufen MACS J1149

Atemberaubendes Infrarot-Porträt von Webb

Am 24. Januar 2026 veröffentlichte das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) ein beeindruckendes neues Bild von MACS J1149.5+2223, einem massereichen Galaxienhaufen, der etwa fünf Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Löwe liegt. Die Aufnahme, die vom Durchmusterungsteam als Bild des Monats hervorgehoben wurde, zeigt lange, leuchtende Bögen und mehrfach abgebildete Hintergrundgalaxien, die durch den starken Gravitationslinseneffekt des Haufens entstehen. Im Vergleich zu früheren Hubble-Beobachtungen enthüllen die Infrarot-Empfindlichkeit und die Auflösung des JWST feine Strukturen innerhalb dieser vergrößerten Galaxien – Spiralarme, helle Sternentstehungsknoten und Staubkanäle – während gleichzeitig eine Population schwacher, roter Quellen sichtbar wird, die wahrscheinlich bei einer sehr hohen Rotverschiebung liegen.

Ein „Promi“-Haufen mit Geschichte

MACS J1149 hat sich seinen Spitznamen durch jahrzehntelange Forschung verdient. Er war eines der Ziele des Hubble Frontier Fields-Programms und wurde berühmt, als eine gelente Supernova in mehrfachen Abbildungen wieder auftauchte – eine dramatische Bestätigung der Allgemeinen Relativitätstheorie und des Zeitverzögerungseffekts bei starkem Linseneffekt. Dieses Erbe machte den Haufen zu einem natürlichen Ziel für Folgebeobachtungen durch das JWST, das dasselbe Feld nun mit für das Infrarote optimierten Instrumenten erneut untersucht. Die neuen JWST-Daten fügen nicht nur Pixel hinzu; sie erweitern den wissenschaftlichen Wert dieses Feldes, indem sie die beobachtbare Grenze für Hintergrundgalaxien hinausschieben und die Genauigkeit der Massenkartierung im Haufen selbst verbessern.

Der Gravitationslinseneffekt als Präzisionssonde

Diese Verfeinerungen sind von Bedeutung. Bessere Linsenmodelle reduzieren Unsicherheiten, wenn Astronomen das vergrößerte Licht in intrinsische Eigenschaften wie Leuchtkraft, Größe und Sternentstehungsrate übersetzen. Sie ermöglichen es den Teams zudem, die Verteilung von Dunkler Materie auf kleineren Skalen zu verfolgen und Vorhersagen konkurrierender Dunkle-Materie-Modelle zu testen. Dennoch bleibt die Modellerstellung filigran: Degenerationen bei der Linsenrekonstruktion und die Notwendigkeit spektroskopischer Rotverschiebungen zur exakten Entfernungsbestimmung sind weiterhin limitierende Faktoren. Daher müssen die JWST-Aufnahmen mit Spektroskopie und Multiwellenlängendaten kombiniert werden, um robuste Massenschätzungen zu liefern.

Der Infrarot-Vorteil: Den Blick ins frühe Universum richten

Das JWST arbeitet primär im Infrarotbereich, was für die Beobachtung des frühen Universums entscheidend ist. Da die kosmische Expansion das Licht der ersten Galaxiengenerationen dehnt, verschieben sich Ultraviolett- und sichtbare Emissionen in den Wellenlängenbereich des JWST. Infrarotbeobachtungen machen daher Galaxien sichtbar, die Hubble nur erahnen konnte oder ganz übersehen hat. Im Feld von MACS J1149 detektiert das JWST zahlreiche schwache rote Quellen, deren Farben auf eine hohe Rotverschiebung und staubige Sternentstehung hindeuten. Viele dieser Objekte sind nur sichtbar, weil der Linseneffekt des Haufens sie vergrößert – ein natürliches Teleskop, das in Kombination mit der Empfindlichkeit des JWST Galaxien aus der Zeit der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall enthüllt.

Infrarot-Wellenlängen durchdringen Staub zudem effektiver als optisches Licht und machen Sternentstehung sichtbar, die sonst verborgen bliebe. Diese Fähigkeit ist zentral für aktuelle wissenschaftliche Fragen: Welche Galaxien erzeugten die ionisierenden Photonen, die das kosmische „dunkle Zeitalter“ während der Reionisierung beendeten, und wie früh wuchsen supermassereiche Schwarze Löcher? Die JWST-Bilder von MACS J1149 enthalten bereits Galaxienkandidaten aus der Epoche der Reionisierung und mindestens ein Hintergrundobjekt, dessen berechnete zentrale Schwarzlochmasse für sein Alter überraschend groß erscheint – ein Ergebnis, das, falls es bestätigt wird, herkömmliche Wachstumsmodelle infrage stellen wird.

CANUCS und koordinierte Spektroskopie

Das neu veröffentlichte Bild stammt vom Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), einem JWST-Programm, das tiefe Aufnahmen mit anschließender Spektroskopie kombiniert. CANUCS nutzt NIRCam für hochauflösende Bildgebung sowie NIRISS und NIRSpec für schlitzlose beziehungsweise Schlitzspektroskopie. Spektren sind unerlässlich, da Bildfarben allein keine präzisen Entfernungen bestimmen können. Spektroskopische Rotverschiebungen verraten, wie stark sich das Universum ausgedehnt hat, seit das Licht die jeweilige Galaxie verlassen hat, und sie identifizieren Emissionslinien, die Aufschluss über Sternentstehung, Metallizität und die Anwesenheit aktiver Schwarzer Löcher geben.

CANUCS zielt bewusst auf massearme, schwache Galaxien bei hoher Rotverschiebung ab, da diese als vielversprechende Verursacher der Reionisierung gelten, historisch jedoch kaum untersucht wurden. Die Kopplung von Spektroskopie mit der JWST-Bildgebung sichert nicht nur Entfernungen ab, sondern stärkt auch die Linsenmodelle: Jedes spektroskopisch bestätigte Mehrfachbild wird zu einem Ankerpunkt in der Massenrekonstruktion. Das Ergebnis ist ein iterativer Prozess, bei dem bessere Karten die Interpretation der Hintergrundgalaxien verbessern und bessere spektroskopische Stichproben wiederum die Karten verfeinern.

Multiwellenlängen-Kontext und die Rolle anderer Observatorien

Obwohl das JWST beispiellose Infrarot-Details liefert, erfordert ein vollständiges Verständnis von MACS J1149 andere Wellenlängen. Röntgenbeobachtungen des Chandra X‑ray Observatory verfolgen das heiße Intracluster-Gas und zeigen, wo sich baryonische Masse konzentriert; Radiodaten von Anlagen wie dem Very Large Array zeigen Jets und nichtthermische Emissionen, die auf aktive Kerne hindeuten können. Kompositbilder, die Röntgen-, optische und Radio-Ebenen mit der Infrarot-Sicht des JWST kombinieren, ergeben ein Mehrkomponenten-Bild des Haufens: Galaxien, heißes Gas, relativistisches Plasma und der durch den Linseneffekt abgeleitete Halo aus Dunkler Materie lassen sich so auf ein einziges physikalisches System projizieren.

Solche Multiwellenlängen-Synergien sind nicht rein kosmetisch. Unterschiede zwischen den Positionen von Masse (aus dem Linseneffekt), heißem Gas (aus Röntgenstrahlen) und Galaxien (im optischen/Infrarot-Bereich) können Astronomen Aufschluss über die Entstehungsgeschichte des Haufens sowie über Wechselwirkungen zwischen Baryonen und Dunkler Materie geben. Zum Beispiel können Offsets zwischen den Maxima der Dunklen Materie und dem Röntgengas die Kollisionseigenschaften der Dunklen Materie eingrenzen – ein Ansatz, der durch andere verschmelzende Haufen bekannt wurde – und die Linsendaten des JWST verleihen diesen Tests zusätzliche Präzision.

Was als Nächstes zu erwarten ist

Das JWST-Bild von MACS J1149 ist eine Einladung zu tiefergehenden Folgeuntersuchungen. CANUCS wird weiterhin Spektroskopiedaten sammeln und die Stichprobe bestätigter Galaxien mit hoher Rotverschiebung hinter dem Haufen erweitern. Modellierer werden die neuen strukturellen Details in die Linsenrekonstruktionen einbeziehen und zuvor postulierte Objekte, wie die ungewöhnlich massereichen frühen Schwarzen Löcher, neu analysieren. Gleichzeitig werden Beobachter die JWST-Daten mit Chandra, Radio-Arrays und Archivbildern von Hubble kombinieren, um integrierte Karten von Baryonen und Dunkler Materie zu erstellen.

Mittelfristig werden Haufen wie MACS J1149 weiterhin als natürliche Teleskope für das JWST und nachfolgende Einrichtungen dienen, indem sie die schwächsten Galaxien verstärken und unseren Blick auf die Ära der Reionisierung schärfen. Das neue Webb-Porträt ist daher sowohl ein Meilenstein als auch ein Werkzeug: ein wunderschönes Bild, das gleichzeitig den beobachterischen Zugriff auf einige der tiefgreifendsten Fragen der Kosmologie festigt, vom Verhalten Dunkler Materie bis hin zur Entstehung der ersten Galaxien und Schwarzen Löcher.

Quellen

• James Webb Space Telescope / NASA, ESA & CSA (JWST-Beobachtungen und CANUCS-Programm)
• Space Telescope Science Institute (Erbe der Hubble Frontier Fields)
• Chandra X‑ray Center / Smithsonian Astrophysical Observatory (Röntgenbeobachtungen)
• National Radio Astronomy Observatory (Very Large Array Radiodaten)
• National Research Council Canada (Bildbeiträge: C. Willott)
• INAF — Osservatorio Astronomico di Roma (Bildbeiträge: R. Tripodi)