NASA’s Webb entdeckt in Analogie zum frühen Universum unerwartetes Talent für die Staubbildung

Originalveröffentlichung am 06.01.2026 zu finden unter: https://science.nasa.gov/mission/webb/latestnews/

Zusammenfassung: Material für die Planetenbildung findet sich sogar in Umgebungen, in denen die erforderlichen Bestandteile fehlen

Das frühe Universum mag zwar arm an schweren Elementen gewesen sein, aber es war reich an Schöpfungskraft. In Umgebungen, in denen viele der Bestandteile fehlten, die Astronomen heute mit Staub und Planeten in Verbindung bringen, zeigen neue Forschungen, daß Sterne dennoch Wege fanden, feste Materie zu bilden.

Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA haben Astronomen in der nahe gelegenen Zwerggalaxie Sextans A unerwartete Staubarten entdeckt, die zeigen, daß Sterne in der Lage waren, aus begrenzten Bestandteilen feste Körner zu bilden, und die einen neuen Einblick in die Entstehung der ersten staubigen Galaxien bieten.

Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA haben Astronomen zwei seltene Arten von Staub in der Zwerggalaxie Sextans A entdeckt, einer der chemisch primitivsten Galaxien in der Nähe der Milchstraße. Der Fund von metallischem Eisenstaub und Siliziumkarbid (SiC), die von alternden Sternen produziert werden, sowie winzigen Klumpen aus kohlenstoffbasierten Molekülen zeigt, daß Sterne und das interstellare Medium selbst dann, als das Universum nur einen Bruchteil der heutigen schweren Elemente enthielt, noch feste Staubkörner bilden konnten. Diese Forschung mit Webb verändert die Vorstellungen darüber, wie sich frühe Galaxien entwickelten und die Bausteine für Planeten bildeten, während die NASA die Geheimnisse des Universums und unseren Platz darin erforscht.

Sextans A liegt ungefähr 4 Millionen Lichtjahre entfernt und enthält nur 3 bis 7 Prozent des Metallgehalts der Sonne, oder Metallizität, wie der astrophysikalische Begriff für Elemente lautet, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium. Da die Galaxie im Gegensatz zu anderen nahegelegenen Galaxien so klein ist, ist ihre Anziehungskraft zu schwach, um die schweren Elemente wie Eisen und Sauerstoff, die durch Supernovae und alternde Sterne entstehen, zu halten.

Galaxien wie diese ähneln denen, die das frühe Universum unmittelbar nach dem Urknall füllten, als das Universum hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand, bevor Sterne Zeit hatten, den Weltraum mit „Metallen“ anzureichern. Da Sextans A relativ nah ist, bietet es Astronomen die seltene Gelegenheit, einzelne Sterne und interstellare Wolken unter Bedingungen zu untersuchen, die denen kurz nach dem Urknall ähneln.

„Sextans A liefert uns einen Entwurf für die ersten staubigen Galaxien“, sagte Elizabeth Tarantino, Postdoktorandin am Space Telescope Science Institute und Hauptautorin der Ergebnisse in einer der beiden Studien, die auf einer Pressekonferenz auf der 247. Tagung der American Astronomical Society in Phoenix vorgestellt wurden. „Diese Ergebnisse helfen uns, die entferntesten Galaxien zu interpretieren, die von Webb abgebildet wurden, und zu verstehen, wie sich das Universum aus seinen frühesten Bestandteilen aufgebaut hat.“

Staub ohne die üblichen Inhaltsstoffe schmieden

Eine dieser Studien, die im Astrophysical Journal veröffentlicht wurde, konzentrierte sich auf ein halbes Dutzend Sterne, die mit dem niedrigauflösenden Spektrometer an Bord von Webb’s MIRI (Mid-Infrared Instrument) beobachtet wurden. Die gesammelten Daten zeigen die chemischen Fingerabdrücke der aufgeblähten Sterne in einem sehr späten Stadium ihrer Entwicklung, die als Sterne auf dem asymptotischen Riesenast (AGB-Sterne) bezeichnet werden. Sterne mit einer Masse zwischen dem Ein- und Achtfachen der Sonnenmasse durchlaufen diese Phase.

„Einer dieser Sterne befindet sich am oberen Ende des AGB-Bereichs, und Sterne wie dieser produzieren normalerweise Silikatstaub. Bei einer so geringen Metallizität erwarten wir jedoch, daß diese Sterne nahezu staubfrei sind“, sagte Martha Boyer, Associate Astronomer am Space Telescope Science Institute und Hauptautorin der zweiten Begleitstudie. „Stattdessen entdeckte Webb einen Stern, der Staubkörner erzeugt, die fast ausschließlich aus Eisen bestehen. Das haben wir bei Sternen, die Sternen im frühen Universum ähnlich sind, noch nie gesehen.“

Silikate, der übliche Staub, der von sauerstoffreichen Sternen gebildet wird, erfordern Elemente wie Silizium und Magnesium, die in Sextans A fast nicht vorhanden sind. Das wäre so, als würde man versuchen, in einer Küche ohne Mehl, Zucker und Butter Kekse zu backen.

Eine normale kosmische Küche wie die Milchstraße verfügt über diese wichtigen Zutaten in Form von Silizium, Kohlenstoff und Eisen. In einer primitiven Küche wie Sextans A, in der fast alle diese Zutaten fehlen, gibt es so gut wie kein sprichwörtliches Mehl oder Zucker. Daher gingen Astronomen davon aus, daß die Sterne in Sextans A ohne diese wichtigen Zutaten kaum Staub „backen“ könnten.

Sie fanden jedoch nicht nur Staub, sondern Webb zeigte auch, daß einer dieser Sterne ein völlig anderes Rezept als üblich verwendete, um diesen Staub zu erzeugen.

Der ausschließlich aus Eisen bestehende Staub sowie das Siliziumkarbid, das von den weniger massereichen AGB-Sternen trotz des geringen Siliziumgehalts der Galaxie produziert wird, beweisen, daß entwickelte Sterne auch dann noch feste Materie bilden können, wenn die typischen Bestandteile fehlen.

„Der Staub im frühen Universum könnte sich stark von den Silikatpartikeln unterschieden haben, die wir heute sehen“, sagte Boyer. „Diese Eisenpartikel absorbieren Licht effizient, hinterlassen jedoch keine scharfen spektralen Fingerabdrücke und können zu den großen Staubreservoirs beitragen, die Webb in weit entfernten Galaxien entdeckt hat.“

Winzige Klümpchen organischer Moleküle

In der Begleitstudie, die derzeit einem Peer-Review unterzogen wird, hat Webb das interstellare Medium von Sextans A abgebildet und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) entdeckt, bei denen es sich um komplexe, kohlenstoffbasierte Moleküle und die kleinsten Staubkörner handelt, die im Infrarotlicht leuchten. Diese Entdeckung bedeutet, daß Sextans A nun die Galaxie mit der geringsten Metallizität ist, in der jemals PAH gefunden wurden.

Im Gegensatz zu den breiten, ausgedehnten PAH-Emissionen, die in metallreichen Galaxien zu beobachten sind, entdeckte Webb jedoch PAHs in winzigen, dichten Taschen mit einem Durchmesser von nur wenigen Lichtjahren.

„Webb zeigt, daß PAHs selbst in den metallärmsten Galaxien entstehen und überleben können, allerdings nur in kleinen, geschützten Inseln aus dichtem Gas“, so Tarantino.

Die Klumpen stellen wahrscheinlich Regionen dar, in denen die Staubabschirmung und die Gasdichte gerade hoch genug sind, um die Bildung und das Wachstum von PAHs zu ermöglichen, wodurch ein jahrzehntelanges Rätsel gelöst wird, warum PAHs in metallarmen Galaxien zu verschwinden scheinen.

Das Team verfügt über ein genehmigtes Webb-Cycle-4-Programm, um mithilfe hochauflösender Spektroskopie die detaillierte Chemie der PAH-Klumpen von Sextans A weiter zu untersuchen.

Zwei Entdeckungen miteinander verbinden

Zusammen zeigen die Ergebnisse, daß es im frühen Universum vielfältigere Wege zur Staubproduktion gab als die etablierteren und bewährten Methoden, wie etwa Supernova-Explosionen. Darüber hinaus wissen Forscher nun, daß es bei extrem niedrigen Metallgehalten mehr Staub gibt als vorhergesagt.

„Jede Entdeckung in Sextans A erinnert uns daran, daß das frühe Universum erfinderischer war, als wir uns vorgestellt haben“, sagte Boyer. „Offensichtlich haben Sterne schon lange vor der Entstehung von Galaxien wie unserer einen Weg gefunden, die Bausteine für Planeten zu bilden.“

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation).

Vergrößerung der PAH-Taschen in Sextans A (NIRCam und MIRI Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Sextans A, UGCA 205
• Objektbeschreibung: Irreguläre Zwerggalaxie
• Rektaszension: 10:11:02.11
• Deklination: -04:42:49.55
• Sternbild: Sextans
• Entfernung: Etwa 4,4 Millionen Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von 1,65 Bogenminuten (etwa 2.000 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam, MIRI
• Filter: NIRCam> F115W, F150W, F200W, F335M
• Filter: MIRI> F560W, F770W, F1000W, F1130W
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder sind eine Zusammensetzung aus einzelnen Aufnahmen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit den Instrumenten NIRCam und MIRI aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um bestimmte Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall wurden folgende Farben zugewiesen:
• Blau = F115W, Cyan = F150W+F200W, Grün = F335M, Gelb = F560W, Orange = F770W, Rot = F1000W+F1130W

Über das Bild: Bilder des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA von der Zwerggalaxie Sextans A zeigen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH), große Kohlenstoffmoleküle, die ein Anzeichen für Sternentstehung sein können. Die Einblendung oben rechts zeigt eine Vergrößerung dieser PAHs, die grün dargestellt sind. In Sextans A sind die PAHs klumpig und relativ klein.

Sextans A ist eine nahegelegene Galaxie, die chemisch primitiv ist, d. h. sie hat einen sehr geringen Gehalt an Metallen, die schwerer sind als Helium und Wasserstoff. Sie ähnelt Galaxien, die das frühe Universum füllten, bevor Sterne die Möglichkeit hatten, den Weltraum mit „Metallen” wie Sauerstoff und Eisen anzureichern. Mit der neuen Entdeckung von Webb ist Sextans A nun die Galaxie mit der niedrigsten Metallizität, in der jemals PAHs gefunden wurden.

Sextans A in einer Kontextansicht (Webb und KPNO)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Sextans A, UGCA 205
• Objektbeschreibung: Irreguläre Zwerggalaxie
• Rektaszension: 10:11:02.11
• Deklination: -04:42:49.55
• Sternbild: Sextans
• Entfernung: Etwa 4,4 Millionen Lichtjahre
• Abmessung: Das vergrößerte Bild hat einen Durchmesser von 1,65 Bogenminuten (etwa 2.000 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: Linkes Bild: Webb> NIRCam, MIRI
• Instrument: Rechtes Bild: Nicholas U. Mayall 4-Meter-Teleskop, KPNO> Mosaic 1
• Filter: Links> NIRCam: F115W, F150W, F200W, F335M – MIRI: F560W, F770W, F1000W, F1130W
• Filter: Rechts> F355W, F438W, F502N, F538W, F651W, F820W, F657N, F673N
• Bild
• Farbinformation: Das linke Bild ist eine Zusammensetzung aus einzelnen Aufnahmen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit den Instrumenten NIRCam und MIRI aufgenommen wurden. Mehrere Filter wurden verwendet, um bestimmte Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau = F115W, Cyan = F150W+F200W, Grün = F335M, Gelb = F560W, Orange = F770W, Rot = F1000W+F1130W
• Farbinformation: Das rechte Bild ist eine Zusammensetzung aus einzelnen Belichtungen, die mit dem Nicholas U. Mayall 4-Meter-Teleskop unter Verwendung des Instruments Mosaic I- aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um bestimmte Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall wurden folgende Farben zugewiesen:
• Violett = F355W, Blau = F438W, Cyan = F502N, Grün = F538W, Gelb = F651W, Orange = F820W, Rot = F657N, Magenta = F673N

Über das Bild: Das Bild von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop von einem Teil der nahe gelegenen Galaxie Sextans A wird mithilfe eines bodengestützten Bildes des Nicholas-U.-Mayall-4-Meter-Teleskops am Kitt Peak National Observatory in einen Zusammenhang gebracht. Das Bild von Webb zeigt die Galaxie sowohl im nahen als auch im mittleren Infrarotlicht, während Kitt Peak optisches bzw. sichtbares Licht einfängt.

Sextans A ist eine irreguläre Zwerggalaxie und nur 4 Millionen Lichtjahre entfernt, was relativ gesehen in der Nähe der Milchstraße liegt. Mit einem Durchmesser von 5.000 Lichtjahren ist sie auch eine recht kleine Galaxie (die Milchstraße hat einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren). Sextans A ist chemisch primitiv, was bedeutet, daß sie einen sehr geringen Gehalt an Metallen hat, also Elemente schwerer als Wasserstoff und Helium.

Vergrößerung der PAH-Taschen in Sextans A (Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Sextans A, UGCA 205
• Objektbeschreibung: Irreguläre Zwerggalaxie
• Rektaszension: 10:11:02.11
• Deklination: -04:42:49.55
• Sternbild: Sextans
• Entfernung: Etwa 4,4 Millionen Lichtjahre
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von 1,65 Bogenminuten (etwa 2.000 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: NIRCam, MIRI
• Filter: NIRCam> F115W, F150W, F200W, F335M
• Filter: MIRI> F560W, F770W, F1000W, F1130W
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder sind eine Zusammensetzung aus einzelnen Aufnahmen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit den Instrumenten NIRCam und MIRI aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um bestimmte Wellenlängenbereiche zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung unterschiedlicher Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das mit einem einzelnen Filter verbunden ist. In diesem Fall wurden folgende Farben zugewiesen:
• Blau = F115W, Cyan = F150W+F200W, Grün = F335M, Gelb = F560W, Orange = F770W, Rot = F1000W+F1130W

Über das Bild: Dieses Bild der Zwerggalaxie Sextans A, aufgenommen von der Nahinfrarotkamera (NIRCam) und dem Mittelinfrarotinstrument (MIRI) von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop, zeigt Kompasspfeile, Maßstab und Farblegende als Referenz.

Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) zu den Richtungspfeilen auf einer Karte der Erde (von oben gesehen) umgekehrt ist.

Die Maßstabsleiste ist in Lichtjahren angegeben, also der Entfernung, die Licht in einem Erdenjahr zurücklegt (Licht benötigt 300 Lichtjahre, um eine Entfernung zurückzulegen, die der Länge der Maßstabsleiste entspricht). Ein Lichtjahr entspricht etwa 9,46 Billionen Kilometern.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des Lichts im nahen Infrarotbereich, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Die Farblegende zeigt, welche NIRCam- und MIRI-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, mit der das Infrarot- und Mittelinfrarotlicht dargestellt wird, das durch diesen Filter hindurchgeht.

Riesenstern in der Zwerggalaxie Sextans A

Über das Bild: Dieses Diagramm zeigt das Spektrum eines Riesensterns in der Galaxie Sextans A am Ende seiner Entwicklung, ein als Asymptotic Giant Branch (AGB)-Stern bezeichneter Stern. Es zeigt die Mengen an nah- und mittelinfrarotem Licht, die vom James-Webb-Weltraumteleskop der NASA bei verschiedenen Wellenlängen von diesem Stern erfaßt wurden.

Die cyanfarbene Linie und die rote gestrichelte Linie sind die am besten passenden Modelle für das Spektrum, das hauptsächlich silikatfreien Staub bzw. Staub mit einem Silikatanteil von mindestens 5 % enthalten würde. Die Webb-Daten, dargestellt als gelbe Linie und orangefarbene Dreiecke, stimmen am ehesten mit nahezu silikatfreiem Staub überein, insbesondere im Wellenlängenbereich von 10 Mikrometern des Spektrums.