Webb Forschung

Mit seiner unübertroffenen Empfindlichkeit und Auflösung hat das James-Webb-Weltraumteleskop das Potenzial, das Verständnis unseres Universums in jeder Phase seiner Geschichte zu revolutionieren.

Zu den wichtigsten wissenschaftlichen Themen, die das Observatorium antreibt, gehören die Erforschung des frühen Universums und der Entwicklung von Galaxien, die Geburt und das Sterben von Sternen und die zirkumstellare Umgebung, in der sich Planeten bilden, sowie die Charakterisierung von Exoplaneten und ihren Atmosphären, die möglicherweise die Bausteine des Lebens enthalten.

Die Empfindlichkeit von Webb in Kombination mit dem breiten Wellenlängenbereich, den es vor allem im rötesten Teil des Spektrums abdeckt, wird es den Astronomen ermöglichen schwache und kalte Objekte zu beobachten, die sonst aufgrund der Erdatmosphäre nicht vom Boden aus beobachtet werden können. Je kälter ein Objekt ist, desto weniger Energie strahlt es ab und desto mehr verschiebt sich seine Emissionsspitze zu längeren Wellenlängen. Die Erde mit einer Temperatur von 300 K beispielsweise hat ihr Emissionsmaximum bei 10 μm, also genau in der Mitte des MIRI-Bereichs. In ähnlicher Weise können kalter Staub und Gas um sich bildende Sonnensysteme und Strukturen, die unserem Kuipergürtel ähneln, mit JWST beobachtet werden. 

Charakterisierung von Exoplaneten mit JWST/MIRI

Während JWST für die Beobachtung schwacher Galaxien und sternbildender Regionen konzipiert wurde, wird die Kombination der verfügbaren Instrumente, der Empfindlichkeit und der Wellenlängenabdeckung die Charakterisierung der Atmosphären von Exoplaneten mit einem bisher unerreichten Maß an Präzision ermöglichen. Mit Hilfe von Spektrographen können wir die Intensität des Lichts bei verschiedenen Wellenlängen, das so genannte Spektrum, untersuchen, das Aufschluss über die chemische Zusammensetzung, die Entstehungsgeschichte und die Wolken geben kann. Webb wird besonders geeignet sein, die Atmosphären von transitierenden Exoplaneten zu charakterisieren, also von Planeten die durch die Abschwächung des Lichts entdeckt werden, während sie zwischen uns und ihrem Stern vorbeiziehen.

JWST wird in der Lage sein, junge riesige Exoplaneten zu finden und zu charakterisieren, indem es spezielle Masken verwendet, die das Licht des Sterns blockieren und die schwache Emission der Planeten sichtbar machen, so genannte Koronagraphen. Diese Objekte sind interessant, weil wir das Licht ihrer Atmosphären direkt aufspüren können, wodurch wir ein Bild des Planetensystems erhalten und es mit seiner Entstehung in Verbindung bringen können. Bei solchen jupiterähnlichen Planeten werden wir auch versuchen, ihre atmosphärische Zusammensetzung zu verstehen, indem wir sie mit Spektrographen wie NIRSpec und dem MIRI Medium Resolution Spectrometer beobachten. Diese Instrumente liefern für jede Wellenlänge ein Bild, so dass wir das Spektrum für verschiedene Orte in der astronomischen Szene untersuchen können. Bei den riesigen Exoplaneten können wir dann nach Molekülen in ihren Atmosphären suchen, insbesondere bei den noch nie zuvor erforschten Wellenlängen des MIRI.