Webb zeigte erstmals, wie kristalline Silikate nahe dem Protostern EC 53 entstehen und in weit entfernten Kometen enden

Webb enthüllt, wie „heiße“ Kristalle in „eisigen“ Kometen landen: Protostern EC 53 liefert den ersten harten Beweis

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA hat den ersten eindeutigen Beleg geliefert, der zwei scheinbar unvereinbare Welten miteinander verbindet: kristalline Silikate, die bei hohen Temperaturen entstehen, und Kometen, die sich in den kalten Randbereichen planetarer Systeme bilden und dort verbleiben. In einer NASA-Science-Mitteilung vom 21. Januar 2026 wird hervorgehoben, dass Webb bei der Beobachtung eines sehr jungen, sonnenähnlichen Sterns in der Entstehung klar gezeigt hat, wo die Kristalle tatsächlich gebildet werden, und dass es im selben System einen starken Mechanismus beobachtet hat, der sie nach außen in die äußeren, eisigen Zonen transportieren kann. Damit wurden erstmals der Ursprung der Kristalle und das „Transportband“, das sie in Regionen bringen kann, in denen sich mit der Zeit Kometen formen, beobachtend miteinander verknüpft. Es handelt sich um den Protostern EC 53, ein Objekt, das seit Jahrzehnten vom Boden und aus dem All verfolgt wird und nun zu einer Art natürlichem Labor geworden ist, um ein Problem zu lösen, das in der Forschung zu unserem Sonnensystem immer wieder auftauchte. Für Wissenschaftler ist das wichtig, weil Kometen konservierte Spuren der frühesten Phasen der Planetenentstehung tragen, sodass jedes Detail über ihre Mineralogie auch das Bild davon verändert, wie die Zeit aussah, als Sonne und Planeten entstanden.

Die Beobachtungen und die Interpretation wurden in einer Arbeit in der Zeitschrift Nature veröffentlicht; Grundlage sind Webb-Daten, die mit dem Instrument MIRI (Mid-Infrared Instrument) gewonnen wurden, das im mittleren Infrarot arbeitet und sich besonders für die „Mineraldetektion“ in Staub eignet. Nach der Beschreibung der NASA sammelte MIRI zwei Datensätze sehr detaillierter Spektren und ermöglichte es den Forschern, zu erkennen, welche Arten von Silikaten sich nahe dem Stern befinden und zu bestimmen, wo sie in der Scheibe vor und während der Phase erhöhter Aktivität liegen. In derselben Mitteilung betont die Leiterin der Studie, Jeong-Eun Lee von der Seoul National University in Südkorea, dass geschichtete Ausflüsse neu gebildete kristalline Silikate anheben und sie zum Rand der Scheibe transportieren können – fast so, als wären sie auf einer „kosmischen Autobahn“. Mitautor Joel Green vom Space Telescope Science Institute hebt hervor, dass Webb nicht nur die Identifikation der Teilchen ermöglicht, sondern auch die Kartierung ihrer Verteilung und Bewegung durch das System, während der Astronom Doug Johnstone vom National Research Council of Canada daran erinnert, dass es sich um Minerale handelt, die auch auf der Erde bekannt sind, darunter Forsterit und Enstatit, die zu den häufigen Bestandteilen silikatischer Gesteine gehören. In dem Manuskript, das die NASA als begleitende wissenschaftliche Dokumentation veröffentlicht, wird angegeben, dass die Beobachtungen für eine ruhigere Phase am 5. Oktober 2023 sowie für die Ausflussphase am 10. Mai 2024 terminiert wurden, was einen direkten Vergleich „vor und währenddessen“ ermöglicht. In der Praxis bedeutet das, dass Webb nicht nur ein „Foto“ des Systems liefert, sondern auch festhält, wie sich die mineralischen Signaturen verändern, wenn der Stern plötzlich heller wird und beginnt, Material intensiver zu akkretieren. Diese zeitliche Koordination war entscheidend für den Schluss, dass die Kristalle nicht nur zufällig in der Scheibe vorhanden sind, sondern tatsächlich in der heißesten Zone im Moment des Ausflusses entstehen und anschließend zum Rand getragen werden.

Warum kristalline Silikate in Kometen überhaupt ein Rätsel sind

Kometen werden oft als „schmutzige Schneebälle“ beschrieben, weil sie aus einer Mischung aus Eis, Staub und organischen Verbindungen bestehen, und in unserem Sonnensystem stammt ein großer Teil von ihnen aus zwei weit entfernten Reservoirs. In den Fakten zum Kuipergürtel beschreibt die NASA diesen Gürtel als eine große, „donutförmige“ Region eisiger Körper weit hinter der Umlaufbahn des Neptun, während sie für die Oortsche Wolke angibt, dass es sich um eine extrem weit entfernte kugelförmige Zone handelt, die das Sonnensystem in Entfernungen von ungefähr 5.000 bis 100.000 astronomischen Einheiten umgibt. In solchen kalten Regionen ist die Sonnenwärme schwach, sodass erwartet wird, dass der Staub dort überwiegend in einem amorphen, „unverarbeiteten“ Zustand bleibt. Langjährige infrarote Beobachtungen von Kometen zeigten jedoch das Vorhandensein kristalliner Silikate – Minerale, deren Entstehung typischerweise intensives Aufheizen erfordert. Dadurch entstand ein Paradox: Wie gelangen Hochtemperaturminerale in Körper, die sich in sehr kalten Teilen des Systems bilden und dort verweilen? Wissenschaftler haben jahrzehntelang verschiedene Erklärungen erwogen, von der Durchmischung von Material innerhalb der Scheibe bis zu Schockereignissen, doch es fehlte ein klarer beobachtender Beleg, der in einem System gleichzeitig sowohl den Entstehungsort der Kristalle als auch den physikalischen „Weg“ zeigen würde, auf dem sie nach außen verlagert werden. Genau an diesem Punkt brachte Webbs Beobachtung von EC 53 die Wende, weil sie diese beiden Elemente zu einem единheitlichen, überprüfbaren Bild verbindet.

EC 53 und der „zuverlässige“ Ausflusszyklus: ein ideales Ziel für Webb

Der Protostern EC 53 befindet sich in der Serpens-Nebelregion, die nach NASA-Angaben etwa 1.300 Lichtjahre entfernt ist und reich an jungen Sternen in der Entstehung. Für Beobachter ist er besonders wertvoll, weil er sich ungewöhnlich vorhersehbar verhält: Die NASA gibt an, dass er ungefähr alle 18 Monate in eine Phase eines starken Ausflusses eintritt, die etwa 100 Tage dauert. In diesem Zeitraum akkretieren der Stern schneller Material aus der Scheibe, was bedeutet, dass er in kurzer Zeit eine größere Menge Gas und Staub zu sich „zieht“ und einen Teil der Energie und des Materials über Jets und Winde freisetzt. Eine solche Regelmäßigkeit ist unter jungen Sternen selten, weil Ausflüsse oft chaotisch sind oder jahrzehntelang dauern können, sodass sie schwer zu planen und in Echtzeit zu beobachten sind. Genau deshalb diente EC 53 als „Metronom“: Das Team konnte vorhersagen, wann die ruhigere Phase und wann die aktivere Phase eintreten würde, und Webb so zum richtigen Zeitpunkt ausrichten. Das ist besonders wichtig in der Forschung zur Planetenentstehung, weil kurze Episoden verstärkter Akkretion einen unverhältnismäßig großen Einfluss auf Temperatur und Chemie der inneren Scheibe haben können – und damit auf die Zusammensetzung des Materials, das später in Planeten und Kometen landet.

Was Webb wirklich gesehen hat: die Kristall-„Fabrik“ und Spuren im Spektrum

Nach der NASA-Mitteilung hat Webb erstmals klar gezeigt, dass kristalline Silikate im heißesten, innersten Teil der Scheibe um einen sehr jungen Protostern entstehen, in einer Zone, die sich in Analogie zu unserem System mit dem Bereich ungefähr zwischen Sonne und Erde vergleichen lässt. In diesem Teil der Scheibe können die Temperaturen so stark ansteigen, dass amorphe Silikatkörnchen in eine kristalline Struktur übergehen; im Spektrum zeigt sich das als spezifische Infrarot-Merkmale, die MIRI auflösen kann. Die Autoren der Arbeit, so die NASA, betonen, dass Webb nicht nur die Mineralarten „identifiziert“ hat, sondern auch räumlich kartieren konnte, wo sie sich vor und während des Ausflusses befinden – was für das Verständnis der Ursache entscheidend ist. In diesem Zusammenhang stechen Forsterit und Enstatit besonders hervor, kristalline Silikate, die geologisch auch auf der Erde bekannt sind und astrophysikalisch wichtige „Bausteine“ des Staubs darstellen. Zudem betont die NASA, dass es sich um extrem winzige Partikel handelt, jedes weit kleiner als ein Sandkorn, was erklärt, warum ihre „Signatur“ am besten durch Infrarotspektroskopie gelesen wird. Anders als das heute vollständig geformte, weitgehend von „Staub bereinigte“ Sonnensystem sehen wir hier ein System in einer Phase, in der die Scheibe noch dicht, dynamisch und materialreich ist, sodass Prozesse der Mineralentstehung und -umverteilung direkter verfolgt werden können.

• Kristalline Silikate bilden sich laut Webb-Daten im heißesten inneren Teil der Scheibe um EC 53 während Episoden verstärkter Akkretion.
• Im System gibt es strukturierte Winde und Jets, die feinen Staub aus inneren Schichten anheben und ihn in die äußeren Zonen der Scheibe tragen können.
• Die Beobachtungen wurden in zwei Phasen (ruhig und aktiv) durchgeführt, was den Vergleich der Chemie und Mineralogie „vor und während des Ausflusses“ ermöglicht.
• Die Minerale Forsterit und Enstatit wurden identifiziert; ihre Präsenz und Verteilung werden mit dem heißesten Teil der Scheibe und Veränderungen in den Aktivitätsphasen in Verbindung gebracht.

„Kosmische Autobahn“ zum Scheibenrand: wie Winde das Kometenparadox lösen

Allein die Kristallisation im inneren Bereich der Scheibe reicht nicht aus, um kometares Material zu erklären; entscheidend ist die Frage, wie die Kristalle in die kalten Bereiche gelangen, in denen sich Kometen bilden können. Die NASA gibt an, dass die MIRI-Daten zwei komplementäre Formen des Ausstoßes zeigen: schmale, schnelle Jets aus heißem Gas entlang der Pole des Protosterns sowie breitere, langsamere Ausflüsse, die aus dem innersten und heißesten Bereich der Scheibe stammen. Diese Kombination deutet auf einen Mechanismus hin, bei dem Teilchen sich nicht nur „radial“ innerhalb der Scheibenebene bewegen, sondern über die Scheibe angehoben und anschließend in die äußeren Regionen umgelenkt werden können. In der Mitteilung wird die Metapher der „kosmischen Autobahn“ verwendet: geschichtete Ausflüsse können neu gebildete Kristalle anheben und sie über große Entfernungen transportieren – bis in Scheibenbereiche, die kalt genug sind, damit dort Kometen und andere eisige Körper entstehen. Wichtig ist dabei, dass es sich um extrem kleine Partikel handelt, kleiner als ein Sandkorn, die sich leicht an Gasströmungen koppeln und von Winden effizienter getragen werden können als größere Brocken. Ein solcher „vertikal-radialer“ Transport bietet eine natürliche Erklärung dafür, warum Kometen Material enthalten können, das einst nahe einem jungen Stern erhitzt wurde, später aber in den kalten Bereichen des Systems gespeichert wurde. Praktisch deuten Webbs Daten darauf hin, dass der Weg der Kristalle zweiphasig ist: zunächst die Entstehung in der warmen Zone, dann der schnelle „Export“ in kalte periphere Regionen, wo sich Eis und Staub zu größeren Körpern verbinden können. Die NASA fügt hinzu, dass eine Aufnahme des Webb-Instruments NIRCam der Interpretation zusätzliche visuelle Unterstützung liefert: In der Nähe von EC 53 sind gestreutes Licht und ein Satz Winde als heller, halbkreisförmiger Bogen zu sehen, der nach rechts geneigt ist, während in der entgegengesetzten Richtung die Materialströme „hinter“ dem Stern ablaufen, dieser Teil im nahen Infrarot jedoch dunkler erscheint. Die Jets sind laut Beschreibung räumlich so schmal, dass sie in dieser Konfiguration nicht klar herausgelöst werden können.

Implikationen für die Planetenentstehung: Kometen als Zeugen der Materialdurchmischung

Das Ergebnis für EC 53 deutet stark darauf hin, dass frühe Planetensysteme chemisch nicht sauber nach der Entfernung vom Stern „geordnet“ sind, sondern dass Material stärker wandert und sich vermischt, als man es oft intuitiv annimmt. Wenn kristalline Silikate nahe am Stern entstehen und Winde sowie Ausflüsse sie nach außen transportieren, dann können Kometen zu Speichern von Material gemischter Herkunft werden: Ein Teil entstand in der „heißen“ inneren Zone, ein Teil in der kalten Peripherie. Das erklärt, warum ein Komet, obwohl wir ihn als eisigen Körper beobachten, mineralische Spuren tragen kann, die hohe Temperaturen erfordern. In der Mitteilung nennt die NASA auch den weiteren zeitlichen Kontext: EC 53 ist noch immer von Staub umhüllt und könnte in einem solchen Zustand etwa 100.000 Jahre verbleiben, während über Millionen Jahre in der Scheibe множество Kollisionen und der schrittweise „Aufbau“ größerer Körper erwartet wird, von Kieseln bis zu Planetesimalen und schließlich Planeten. In einer solchen Scheibenentwicklung ist die mineralische Zusammensetzung des Staubs nicht nur ein Detail, sondern kann die thermischen Eigenschaften, die Dynamik der Körnchen und die chemischen Bedingungen in Zonen beeinflussen, in denen sich Gesteinsplaneten und eisige Körper bilden. Mit anderen Worten: Webbs Beobachtung von EC 53 beantwortet nicht nur die Frage „woher kommen die Kristalle in Kometen“, sondern auch, wie Material in entstehenden Systemen recycelt und umverteilt wird. Für das Verständnis des frühen Sonnensystems ist das eine wichtige Botschaft: Kometen sind vielleicht kein „reines“ Bild nur der kalten Peripherie, sondern ein Archiv von Prozessen, die sich auch näher an der Sonne abspielten und dann zum Rand hinausgetragen wurden.

Warum MIRI entscheidend ist und was als Nächstes zu erwarten ist

Das Instrument MIRI deckt laut NASA-Beschreibung den mittleren Infrarotbereich von etwa 4,9 bis 28,8 Mikrometern ab und ermöglicht sowohl Bildgebung als auch Spektroskopie – entscheidend, um mineralische „Signaturen“ in Staub und Gas auszulesen. Die ESA betont in ihrer Beschreibung, dass MIRI deutlich kälter als die anderen Instrumente am Webb-Observatorium sein muss, um in diesem Bereich zu arbeiten, weshalb solche Messungen technologisch anspruchsvoll sind und empfindlich auf die Qualität der Kalibrierung reagieren. In Kombination mit dem vorhersehbaren Ausflussverhalten von EC 53 erhielt Webb eine seltene Gelegenheit, das System in zwei Zuständen „zu erwischen“ und Veränderungen zu beobachten, statt nur ein statisches Bild. Der wissenschaftliche Sinn solcher Ergebnisse liegt nicht nur bei einem Stern: Die naheliegende Frage ist, wie universell ein solcher Mechanismus in jungen Systemen ist und wie effizient er äußere Zonen unter unterschiedlichen Bedingungen von Scheibenmasse, Magnetfeld und Akkretionsrate mit Kristallen anreichern kann. Deshalb sind künftige Beobachtungen anderer Protosterne wichtig, insbesondere solcher mit weniger regelmäßigen Ausflüssen, um zu prüfen, ob EC 53 repräsentativ ist oder eine Ausnahme, die uns dennoch zeigt, was prinzipiell möglich ist. Webbs Ergebnis ändert jedoch schon jetzt den Ton der Debatte: Statt eines allgemeinen „vielleicht werden sie irgendwie transportiert“ gibt es nun ein konkretes Beispiel, in dem man sieht, wo sie entstehen und welchen Weg sie nehmen können. Für das internationale NASA-Programm in Zusammenarbeit mit ESA und CSA bestätigen solche Befunde einen der wichtigsten Vorteile von Webb: die Fähigkeit, aus der „Chemie des Staubs“ eine Geschichte über die Dynamik und Entstehungsgeschichte planetarer Systeme zu gewinnen.

Quellen:
- NASA Science – offizielle Mitteilung zu den Beobachtungen des Protosterns EC 53 und zur Interpretation der Entstehung/des Transports kristalliner Silikate (Mitteilung vom 21. Januar 2026.) (link)
- NASA Science (Asset) – Illustration „Silicate Crystallization and Movement Near Protostar EC 53“ mit Veröffentlichungsdatum und Prozessbeschreibung (link)
- NASA (gehostetes PDF) – wissenschaftliches Manuskript „EPISODE of Accretion Burst Crystallizes Silicates in a Planet Forming Disk“ mit Methodik und Daten der MIRI-Beobachtungen (5. Oktober 2023 und 10. Mai 2024) (link)
- NASA Science – Fakten zum Kuipergürtel als entfernter Zone eisiger Körper im Sonnensystem (link)
- NASA Science – Fakten zur Oortschen Wolke als sehr entferntem Kometenreservoir (link)
- NASA Science – Beschreibung des Instruments MIRI am James-Webb-Teleskop (Wellenlängen und Betriebsarten) (link)
- ESA Webb – Beschreibung des Instruments MIRI und der technischen Kühlanforderungen im mittleren Infrarot (link)