Webb bestätigt Gammastrahlenausbruch im jungen Universum

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Das James-Webb-Weltraumteleskop von NASA, ESA und CSA hat die Quelle eines extrem hellen Lichtblitzes, eines sogenannten Gammastrahlenausbruch im Sternbild Jungfrau, bestätigt. Dieser entstand durch die Explosion eines massereichen Sterns, als das Universum erst 730 Millionen Jahre alt war. Zum ersten Mal bei einem so weit entfernten Ereignis gelang es dem Teleskop, die Heimatgalaxie der Supernova zu entdecken. Die schnellen Beobachtungen von Webb bestätigten die Daten von Teleskopen auf der ganzen Welt, die den Gammastrahlenausbruch seit seinem Beginn Mitte März verfolgt hatten.

Mit dieser Beobachtung brach Webb auch seinen eigenen Rekord: Die bisherige Rekord-Supernova existierte, als das Universum 1,8 Milliarden Jahre alt war.

„Nur das Webb-Teleskop konnte direkt nachweisen, dass dieses Licht von einer Supernova stammt – einem kollabierenden massereichen Stern“, sagte Andrew Levan, Hauptautor einer der beiden neuen Veröffentlichungen in Astronomy and Astrophysics Letters und Professor an der Radboud-Universität in Nîmegen, Niederlande, und der Universität Warwick in Großbritannien. „Diese Beobachtung zeigt auch, dass wir mit dem Webb-Teleskop einzelne Sterne finden können, als das Universum erst 5 % seines heutigen Alters hatte.“

Das JWST identifizierte die Quelle Gammablitzes GRB 250314A in ihrer Wirtsgalaxie nur 730 Millionen Jahre nach dem Urknall – Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP), Bildverarbeitung: A. Pagan (STScI)

Während ein Gammablitz typischerweise nur Sekunden bis Minuten andauert, nimmt eine Supernova innerhalb weniger Wochen rapide an Helligkeit zu, bevor sie langsam wieder verblasst. Im Gegensatz dazu dauerte diese Supernova Monate, bis sie heller wurde. Da sie so früh in der Geschichte des Universums explodierte, wurde ihr Licht durch die Milliarden Jahre währende Expansion des Kosmos gedehnt. Mit der Dehnung des Lichts verlängert sich auch die Zeitspanne, die Ereignisse benötigen. Webbs Beobachtungen wurden absichtlich dreieinhalb Monate nach dem Ende des Gammablitzes durchgeführt, da die zugrunde liegende Supernova zu diesem Zeitpunkt ihre größte Helligkeit erreichen sollte.

„Webb lieferte die schnelle und präzise Nachuntersuchung, die wir brauchten“, sagte Benjamin Schneider, Mitautor und Postdoktorand am Laboratoire d’Astrophysique de Marseille in Frankreich.

Gammastrahlenausbrüche sind extrem selten. Solche, die nur wenige Sekunden dauern, können durch die Kollision zweier Neutronensterne oder eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch verursacht werden. Längere Blitze wie dieser, der etwa 10 Sekunden andauerte, stehen häufig im Zusammenhang mit dem explosiven Tod massereicher Sterne.

Sofortige, schnelle Untersuchung der Quelle

Die erste Warnung ertönte am 14. März 2025. Die Nachricht über den Gammastrahlenausbruch aus einer sehr weit entfernten Quelle stammte von der SVOM-Mission (Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor), einem französisch-chinesischen Teleskop, das 2024 gestartet wurde und zur Erkennung flüchtiger Ereignisse entwickelt wurde.

Innerhalb von anderthalb Stunden lokalisierte das Neil Gehrels Swift Observatory der NASA die Röntgenquelle am Himmel. Dies ermöglichte weitere Beobachtungen, die die Entfernung für das Webb-Teleskop genauer bestimmten. Elf Stunden später wurde das Nordic Optical Telescope auf den Kanarischen Inseln in Betrieb genommen und zeigte ein Nachleuchten eines Infrarot-Gammablitzes – ein Hinweis darauf, dass der Gammastrahlenausbruch mit einem sehr weit entfernten Objekt in Verbindung stehen könnte. Vier Stunden später schätzte das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, dass das Objekt 730 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte.

„In den letzten 50 Jahren wurden nur wenige Gammablitze nachgewiesen, die aus den ersten Milliarden Jahren des Universums stammen“, sagte Levan. „Dieses besondere Ereignis ist sehr selten und äußerst aufregend.“

Erstaunliche Ähnlichkeit mit nahen Supernovae

Da es sich um die bisher früheste und am weitesten entfernte entdeckte Supernova handelt, verglichen die Forscher sie detailliert mit ihnen bekannten modernen, nahen Supernovae. Die beiden wiesen überraschend große Ähnlichkeiten auf.

Gammastrahlenausbruch (Illustration) — Diese zweiteilige Illustration zeigt links die charakteristischen Strahlen eines Gammablitzes, die durch das von der Supernova-Explosion ausgestoßene Material dringen. Auf der rechten Seite leuchtet die gleißende Supernova durch das Gas hindurch, das weiterhin von der Explosion nach außen strömt. – Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, L. Hustak (STScI)

Warum? Über die ersten Milliarden Jahre des Universums ist noch immer wenig bekannt. Frühe Sterne enthielten wahrscheinlich weniger schwere Elemente, waren massereicher und hatten eine kürzere Lebensdauer. Sie existierten zudem während der Reionisierungsepoche, als das Gas zwischen den Galaxien für hochenergetisches Licht weitgehend undurchsichtig war.

„Wir sind unvoreingenommen an die Sache herangegangen“, sagte Nial Tanvir, Mitautor der Studie und Professor an der Universität Leicester in Großbritannien. „Und siehe da, Webb zeigte, dass diese Supernova exakt wie moderne Supernovae aussieht.“ Bevor Forscher jedoch klären können, warum eine so frühe Supernova Ähnlichkeiten mit nahen Supernovae aufweist, sind weitere Daten erforderlich, um die kleinsten Unterschiede aufzudecken.

Erster Blick auf die Heimatgalaxie der Supernova

„Webbs Beobachtungen deuten darauf hin, dass diese ferne Galaxie anderen Galaxien ähnelt, die zur selben Zeit existierten“, sagte Emeric Le Floc’h, Koautor und Astronom am CEA Paris-Saclay (Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives) in Frankreich. Da das Licht der Galaxie auf wenige Pixel konzentriert ist und sie dadurch wie ein rötlicher Fleck erscheint, ist unser Wissen über sie noch begrenzt. Sie überhaupt beobachten zu können, ist ein Durchbruch.

Die Forscher haben bereits Pläne ausgearbeitet, das Webb-Teleskop erneut in das internationale Projekt zur Erforschung von Gammastrahlenausbruch im frühen Universum einzubinden. Das Team hat die Genehmigung erhalten, Ereignisse mit Webb zu beobachten und verfolgt nun ein neues Ziel: mehr über Galaxien im fernen Universum zu erfahren, indem es das Nachleuchten der Gammablitze selbst einfängt. „Dieses Leuchten wird Webb helfen, mehr zu sehen und uns einen ‚Fingerabdruck‘ der Galaxie zu liefern“, sagte Levan.

Das Forschungsteam beobachtete die Supernova GRB 250314A mit einem schnell umsetzbaren Director’s Discretionary Time-Programm (#9296).

Hintergrundinformationen

Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All geschickt wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst für das Teleskop mit der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Anpassungen der Ariane 5 für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung der Startdienstleistung durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte auch den Spektrografen NIRSpec und 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI zur Verfügung, das von einem Konsortium national finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde.

Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (IMAPP), Bildbearbeitung: A. Pagan (STScI)