James-Webb-Teleskop soll erste Sterne des Universums finden

Ein internationales Team von Astronomen unter Führung der Arizona State University hat einen Plan vorgelegt, um Licht einzufangen, das von den ersten Sternen des Universums ausgesandt wurde. Laut der Urknall-Theorie sollten Sterne erstmals in einem Zeitraum von 200 bis 400 Millionen Jahre nach dem "Big Bang" entstanden sein. Die ersten Sterne sollten theoretisch besonders groß und heiß gewesen sein. Das von ihnen ausgestrahlte Licht sollte mittlerweile so weit durch den Raum gereist sein, dass es nur noch im Infrarot-Spektrum sichtbar sein sollte - und genau auf den Infrarotbereich wird das James Webb Weltraumteleskop spezialisiert sein.

Mehrere Bedingungen notwendig

Der Start des künftig stärksten Weltraumteleskops wurde erst vor kurzem um ein Jahr auf Mai 2020 verschoben. Um mit dem Teleskop das Licht der ersten Sterne des Universums zu sehen, bedarf es allerdings mehr als nur Leistung. Die wichtigste Rolle spielt Glück. Für ihre Beobachtung benötigen die Forscher die Hilfe des Gravitationslinseneffekts. Durch Ablenkung des Lichts durch große Schwerkraftfelder wird es verstärkt. Um zeitlich und räumlich besonders weit entfernte Objekte auf diese Art aufzuspüren, bedarf es allerdings noch eines so genannten "caustic transit".

Bei einem "caustic transit" befindet sich das zu beobachtende Objekt über Wochen im Bereich der Gravitationslinse und zieht langsam dahinter vorbei. Nur auf diese Art kann die Leistung des James-Webb-Teleskops um einen Faktor 10.000 erhöht werden, der dazu notwendig ist, um das Licht der ersten Sterne aufzuspüren. Die Chance, dass alle Bedingungen zusammenfallen, ist gering, liegt aber nicht bei Null, meinen die Forscher.

Sichtbare Schwarze Löcher

Die Wahrscheinlichkeit, einen einzelnen der ersten Sterne zu sehen, ist dabei noch wesentlich geringer, als die Akkretionsscheibe eines der ersten Schwarzen Löcher zu sehen, betonen die Forscher.

Akkretionsscheiben entstehen, wenn ein durch eines Supernova kollabierter Stern in einem Doppelsternsystem das Gas seines Sternenpartners anzieht und dieses als leuchtende Scheibe rund um das schwarze Loch sammelt. Akkretionsscheiben sollten wesentlich länger leuchten als die ersten Sterne. Deren Lebenszeit sollte aufgrund ihrer Größe und Hitze besonders kurz gewesen sein.

Zwei Teleskope

"Zu diesem Zeitpunkt ist dies alles wohl begründete Vermutung" (educated guess), geben die Forscher zu. Das Team hat allerdings ein Beobachtungsprogramm entwickelt, bei dem gleich mehrere Galaxienhaufen über Jahre beobachtet werden können. Neben dem James-Webb-Teleskop soll zur Beobachtung auch das Giant Magellan Telescope (GMT) eingesetzt werden. Dieses soll bis 2026 im Norden Chiles in der Atacama-Wüste errichtet werden und einen Spiegeldurchmesser von 24,5 Meter aufweisen. Zum Vergleich: Das James-Webb-Teleskop wird einen Spiegel mit 6,5 Meter Durchmesser besitzen.

Begrenzte Zeit

Die Forscher rechnen allerdings damit, dass das James-Webb-Teleskop nur eine vergleichsweise geringe Einsatzdauer haben wird. Das Instument wird am Lagrange-Punkt 2, in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde, platziert werden. Dadurch wird es im Gegensatz zum Hubble-Weltraumteleskop (im Low Earth Orbit) nicht oder nur selten gewartet werden können. Sobald das Teleskop keinen Treibstoff zur Stabilisierung mehr besitzt, wird es unbrauchbar sein. Die Forscher gehen von einer Einssatzdauer von fünf bis zehn Jahren aus, mit etwas Glück könnten es 15 Jahre werden.

Das GMT wird im Gegensatz dazu über Jahrzehnte einsatzfähig sein. Die größten Hoffnungen auf die Entdeckung eines der ersten Sterne machen sich die Hoffnung für jenen Zeitraum, in dem James-Webb-Teleskop und GMT gleichzeitig arbeiten können. Potenzielle Funde des einen Teleskops könnten dann auch mit Hilfe des anderen Teleskops bestätigt werden.

Entstehung des Universums

Haben die Forscher Glück und entdecken einen der ersten Sterne, erwarten sie sich davon wertvolle Erkenntnisse über die Entstehung des gesamten Universums. Unter anderem könnte festgestellt werden, welche Elemente von den ersten Sternen aus den Grundrohstoffen Wasserstoff und Helium produziert wurden und wie die Formation der Sterne abgelaufen ist.