Australisches PhD-Team nutzt KI, um die Klarheit des James-Webb‑Teleskops wiederherzustellen

Der Kosmos ist tief und weit. Er ist gespenstisch schön und voller Geheimnisse. Das Verständnis dieses Universums ist der Schlüssel zum Verständnis unserer eigenen Herkunft und unseres Platzes darin.

Um dabei zu helfen, haben Wissenschaftler das James‑Webb‑Weltraumteleskop (JWST) gebaut, ein leistungsstarkes Werkzeug, das Licht von den ersten Galaxien einfangen soll und zeigt, wie unsere Welt entstanden ist. Es ist das größte Teleskop im All und ermöglicht die Untersuchung astronomischer Objekte mittels Infrarotstrahlung.

Diese Lichtform hat längere Wellenlängen als sichtbares Licht und kann kosmische Staubwolken durchdringen, die sichtbares Licht blockieren. Und weil Webb längere Wellenlängen beobachtet, benötigt es eine große Sammelfläche, um eine hohe Auflösung zu erreichen.

Webbs Hauptspiegel besteht aus 18 sechseckigen Spiegelsegmenten aus goldbeschichtetem Beryllium und bildet einen 6,5 Meter‑Durchmesser‑Spiegel. Dieser große Spiegel, kombiniert mit hochauflösenden, hochsensiblen Instrumenten, ermöglicht es Webb, Objekte zu entdecken, die viel weiter entfernt sind als bei früheren Weltraumteleskopen.

Damit diese Beobachtungen möglich sind, muss Webb bei extrem niedrigen Temperaturen gehalten werden, unter 50 K (−370 °F; −223 °C). Das verhindert, dass die eigene Wärme des Teleskops die schwachen Infrarot‑Signale stört, die es einfangen will. Ein mehrlagiger Sonnenschutz schützt das Teleskop vor externen Wärmequellen wie Sonne, Mond und Erde.

Mit diesen leistungsstarken Instrumenten hat Webb Untersuchungen in verschiedensten Bereichen der Astronomie und Kosmologie ermöglicht, darunter die Beobachtung der ersten Sterne, die Entstehung der ersten Galaxien und die detaillierte Atmosphärenforschung potenziell bewohnbarer Exoplaneten.

Allerdings waren einige der jüngsten Bilder von Webb recht unscharf wegen Verzerrungen in einem seiner Schlüssel‑Instrumente. Um dieses Problem zu lösen, wandten sich zwei PhD‑Forscher der Universität Sydney, Max Charles und Louis Desdoigts, KI zu. Beeindruckend ist, dass sie das von der Erde aus erledigten, ohne hardware‑seitige Änderungen vorzunehmen.

Aber warum ist das wichtig? Was hat Webb dort draußen entdeckt, das schärfere Bilder so bedeutend macht? Werfen wir einen Blick darauf.

James Webb Space Telescope: Surprises From the Early Universe

Seit dem Beginn des Betriebs hat Webb Galaxien mit komplexer Struktur und Schwarze Löcher gefunden, als das Universum noch sehr jung war, und damit unser Bild davon, wie schnell die ersten Galaxien entstehen und wachsen können, in Frage gestellt.

Webb hat offenbart klare atmosphärische Signaturen – darunter Methan, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Ammoniak und sogar Schwefelwasserstoff – auf mehreren Welten. Einige dieser Moleküle hatten vorher nur vage Hinweise (oder gar keine), und Webb lieferte in mehreren Fällen die ersten eindeutigen Nachweise, was die Chemie von Exoplaneten dramatisch voranbrachte.

Das Teleskop hat Merkmale wie die Auroren des Jupiter und kleine Körper im Asteroidengürtel zwischen Jupiter und Mars beobachtet, die für andere Teleskope schwer zu erkennen sind, was die Flexibilität von JWST demonstriert. Mehrere massive Schwarze Löcher wurden ebenfalls von dem Teleskop entdeckt.

Mit diesen und vielen weiteren Entdeckungen hält JWST sein Versprechen. Es zeigt uns, dass das frühe Universum viel aktiver und komplexer ist, als wir dachten. Seine Leistungsfähigkeit hilft uns zudem, über unsere eigene Galaxie und unser Sonnensystem hinaus, detailliertere und genauere Einblicke in die Natur des Kosmos zu gewinnen.

Zuletzt haben Astronomen entdeckt¹ „eine der rätselhaftesten Entdeckungen“ bisher, während sie die Bilder von Webb durchgingen. 

Diese sehr hellen und rätselhaften Objekte könnten die früheste bekannte Galaxie im Universum sein, die 100 Millionen Jahre nach dem Urknall entstand, oder sie könnten ein Brauner Zwerg sein, also ein gescheiterter Stern, der größer ist als die größten Gasriesen, aber nicht massereich genug, um im Kern Kernfusion zu betreiben. Die genaue Identität von Capotauro bleibt unsicher, ist aber sicherlich „interessant und vielversprechend“.

Capotauro wurde von einem Team italienischer Astrophysiker am Nationalen Institut für Astrophysik in einer früheren Studie entdeckt, als sie versuchten, alte Galaxien in JWST‑Beobachtungen zu identifizieren. Der Mangel an feinkörnigen Daten machte es ihnen jedoch unmöglich, die Identität genau zu bestimmen. Später veröffentlichte JWST weitere Daten zu Capotauro, die dem Team halfen, die Möglichkeiten einzugrenzen.

Das Team nutzte die Bilder, die mit Webb‑s Near‑Infrared‑Camera (NIRCam) bei sieben Wellenlängen aufgenommen wurden, um die Helligkeit von Capotauro zu messen, und ergänzte diese mit begrenzten, aber feinkörnigeren Daten vom Near‑Infrared‑Spectrograph (NIRSpec), um ein Bild von Alter und Temperatur zu erhalten.

Daten von NIRCam und NIRSpec wurden kombiniert, und anschließend wurden Modelle verwendet, um drei mögliche Galaxien‑Konfigurationen zu testen. Ein Szenario, in dem Capotauro ein Brauner Zwerg am äußeren Rand der Milchstraße sein könnte, wurde ebenfalls geprüft, zusammen mit einer Reihe anderer Möglichkeiten, etwa ein ungewöhnlicher Exoplanet oder eine sehr eigenartige junge Galaxie.

Obwohl die Ergebnisse nicht eindeutig waren, hat das Team die beiden wahrscheinlichsten Optionen identifiziert.

Eine Möglichkeit ist, dass Capotauro vor etwa 100 Millionen Jahren nach dem Urknall entstanden ist, was das Alter der ältesten bekannten Galaxie um etwa 200 Millionen Jahre nach hinten verschiebt. Die andere Möglichkeit ist, dass Capotauro ein ungewöhnlicher Brauner Zwerg ist, der der kälteste und entfernteste seiner Art in unserer Galaxie ist.

Beide Optionen sind „sehr aufregend“, da sie unser Bild von der Milchstraße und ihrer Entwicklung in Frage stellen würden, sagte Mitautor Giovanni Gandolfi, Astrophysiker am INAF.

In einer weiteren neuen Beobachtung mit JWST haben Astronomen fünf kohlenstoffbasierte komplexe Verbindungen² im Eis um einen Stern außerhalb der Milchstraße entdeckt.

Die organischen Moleküle wurden um einen Protostern in einer Zwerggalaxie, dem Großen Magellanschen Wolken, die 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist und nahe an unserer Galaxie umkreist. Diese kleine Galaxie ist voller heißer, leuchtender Sterne und enthält weniger schwere Elemente als die Milchstraße. Durch das Verständnis dieser Galaxie wollen die Astronomen Erkenntnisse auf entferntere Galaxien aus der Zeit anwenden, als das Universum noch viel jünger war.

“Die harten Bedingungen zeigen, wie komplexe organische Chemie in diesen primitiven Umgebungen stattfinden kann, in denen viel weniger schwere Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff für chemische Reaktionen zur Verfügung stehen.”

– Mitautorin Marta Sewilo, Astronomin an der University of Maryland und dem Goddard Space Flight Center der NASA

Die Forscher richteten Webb auf ST6, einen sich entwickelnden Stern im Großen Magellanschen Wolken, und fanden mit Hilfe von Instrumenten, die Infrarotlicht messen, die folgenden komplexen Moleküle im Eis um ihn herum: Methanol, Ethanol, Acetaldehyd, Essigsäure und Methylformiat.

Unter diesen ist Methanol das einzige, das in Protosternen „eindeutig nachgewiesen“ wurde, was die neuen Beobachtungen „außergewöhnlich“ macht.

Die Forscher fanden sogar Signale, die möglicherweise durch Glykolaldehyd verursacht werden, das mit anderen Molekülen zu Ribose reagieren kann – einer Zuckerart, die ein wichtiger Baustein der Ribonukleinsäure (RNA) ist und für das Leben essentiell ist.

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AMIGO: The AI Calibration That Sharpened JWST’s NIRISS-AMI

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Mit all diesen Entdeckungen von Webb erkannten die beiden PhD‑Forscher der Universität Sydney, Max Charles und Louis Desdoigts, dass sie das Teleskop noch effektiver machen könnten. Ihre KI‑gesteuerte Software korrigierte die Unschärfe in Webbs Bildern von der Erde aus, ohne teure Reparaturmissionen im All zu benötigen.

Das Problem, das sie lösten, befand sich im Aperture Masking Interferometer (AMI), dem einzigen von Australien entworfenen Bauteil des Teleskops. AMI auf dem NIRISS‑Instrument ist das hochauflösendste Infrarot‑Interferometer, das je ins All gebracht wurde. Es ermöglicht Astronomen, hochauflösende Bilder von Sternen und Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu erzeugen, indem Licht von verschiedenen Abschnitten von Webbs Hauptspiegel kombiniert wird.

Als das Teleskop jedoch in Betrieb ging, wurde die Leistung von AMI durch elektronische Verzerrungen im Infrarot‑Kameradetektor beeinträchtigt. Durch die Ladungswanderung, den sogenannten Brighter‑Fatter‑Effekt, war die Leistung von AMI eingeschränkt, und die vom Teleskop aufgenommenen Bilder litten unter subtiler Unschärfe.

Weltraumteleskope hatten bereits zuvor ähnliche optische Mängel. Das Hubble‑Teleskop hatte in den 90er‑Jahren ein vergleichbares Problem aufgrund eines Linsen‑Abstandsfehlers. Sein Hauptspiegel hatte die falsche Form, ein Defekt, der als sphärische Aberration bezeichnet wird und dazu führte, dass der Primärspiegel mehr als einen Brennpunkt hatte, was die Bilder unscharf machte.

Um die unscharfen Daten zu fokussieren, entwickelte die NASA die Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) neu und entwickelte das COSTAR‑Instrumentpaket (Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement), das die Größe eines großen Kühlschranks hatte und wie eine Brille für Hubbles Faint Object Camera (FOC), Goddard High Resolution Spectrograph (GHRS) und Faint Object Spectrograph (FOS) wirkte. Beide, WFPC2 und COSTAR, wurden von Astronauten während Hubbles erster Servicemission Ende 1993 installiert.

Dieses Mal, anstatt Astronauten zu schicken, um physische Reparaturen vorzunehmen, entwickelten die Forscher eine softwarebasierte Kalibrierungsmethode hier auf der Erde. Charles und Desdoigts (der inzwischen Post‑Doc‑Forscher an der Universität Leiden in den Niederlanden ist) entwickelten, was sie Aperture Masking Interferometry Generative Observations, oder AMIGO³ nannten.

AMIGO ist ein Open‑Source‑Kalibrierungs‑Framework „das das gesamte JWST‑AMI‑System – einschließlich Optik, Detektorphysik und Ausleseelektronik – mittels eines End‑to‑End differenzierbaren Architekturs im Jax‑Framework modelliert und dabei insbesondere das dLux‑Optik‑Modellierungspaket nutzt.“

Es verwendet neuronale Netze und fortgeschrittene Simulationen, um nachzubilden, wie Webbs Optik und Elektronik im All funktionieren. Um ihre Algorithmen zu entwerfen, die die Bilder digital korrigieren, identifizierten die Forscher das Problem, dass elektrische Ladung auf benachbarte Pixel übergreift.

„Sie haben das Problem also mit Code gelöst, anstatt Astronauten zu schicken, um neue Teile anzuschrauben“, sagte Professor Peter Tuthill von der School of Physics der Universität Sydney und dem Sydney Institute for Astronomy, der AMI geschaffen und an der Lösung mitgearbeitet hat. „Das ist ein brillantes Beispiel dafür, wie australische Innovation einen globalen Einfluss in der Weltraumwissenschaft haben kann.“

Mit Hilfe von AMIGO lieferte Webb klare und schärfere Bilder und erfasste obskure Himmelsobjekte in präziser Detailtreue.

Um zu testen, wie effektiv AMIGO ist, leitete Charles eine separate Studie⁴, in der Webb mit der verbesserten Kalibrierung klare Bilder von Vulkanen auf Jupiters Mond Io, einem Schwarzen‑Löwen‑Jet und den staubgefüllten Winden von WR 137 produzierte.

„Diese Arbeit bringt die Vision von JWST noch schärfer in den Fokus“, sagte Dr. Desdoigts. „Es ist unglaublich befriedigend zu sehen, wie eine Software‑Lösung die wissenschaftliche Reichweite des Teleskops erweitert – und das, ohne jemals das Labor zu verlassen.“

Investing in Space Tech

Im Bereich der Raumfahrttechnologie ist Northrop Grumman (NOC ) das führende Unternehmen, das Hauptauftragnehmer für das James‑Webb‑Weltraumteleskop war.

Neben dem Bau von JWST hat das Unternehmen viele weitere bedeutende Raumfahrttechnologien entwickelt, darunter das Cygnus‑Raumschiff, ein Frachtraumfahrzeug für die Internationale Raumstation (ISS), die Antares‑Rakete für Cygnus‑Missionen, die luftgestartete Pegasus‑Rakete, das Mission Extension Vehicle (MEV) zum Andocken an Satelliten, um deren Betriebsdauer zu verlängern, und HALO für das Artemis‑Programm.

Als Unternehmen für Luft‑ und Raumfahrt‑ sowie Verteidigungstechnologie entwickelt Northrop Grumman zudem militärische Flugzeugsysteme, fortschrittliche taktische Waffen und Raketenschutzlösungen für US‑Regierungsbehörden und internationale Kunden. Darüber hinaus liefert es Systeme für Kommando, Kontrolle, Kommunikation und Aufklärung.

Kürzlich hat das Unternehmen eine Vereinbarung mit dem KI‑Startup Luminary Cloud für beschleunigtes, KI‑unterstütztes Raumfahrzeugdesign unterzeichnet. 

Das Startup hat ein KI‑Modell entwickelt, das von NVIDIA’s PhysicsNeMo betrieben wird, für den Rüstungsauftraggeber zur schnelleren Konzeption und dem Bau neuer Raumfahrzeuge. Durch die Partnerschaft erhalten Ingenieure Zugriff auf dieses speziell entwickelte Tool namens Physics AI, das hochpräzise Simulationen von Untersystemen in wenigen Sekunden erzeugen kann, anstatt der üblichen 12 Stunden, die CFD‑Simulationen für nur eine Simulation benötigen. Es ist derzeit auf die Entwicklung von Triebwerksdüsen für Raumfahrzeuge zugeschnitten.

“Physics AI ist die nächste Stufe der KI‑Komplexität, und Northrop Grumman bringt diese Technologie zu unseren Design‑Ingenieuren, um die Hardware‑Entwicklung dramatisch zu beschleunigen. KI zu nutzen, um etwas Kleines wie eine Triebwerksdüse zu entwerfen, legt den Grundstein für viel größere Vorhaben, etwa KI‑gestütztes Design größerer Komponenten oder sogar eines gesamten Raumfahrzeugs.”

– Han Park, Vizepräsident für KI‑Integration bei Northrop Grumman Space Systems

Um Modelle zu bauen, die neue Designs generieren und die physikalische Welt vorhersagen, nutzte das Startup nicht die im Internet verfügbaren Daten, sondern die Gesetze der Physik, um Raumfahrzeugdesigns zu erstellen.

“Wir kompensieren den Mangel an Daten damit, dass wir nicht versuchen, vorherzusagen, ob ein Bild ein Katze‑, Hund‑ oder Elefantenbild ist. Stattdessen versuchen wir vorherzusagen, ob der Luftstrom in einer bestimmten Weise fließt, die physikalischen Prinzipien folgt.”

– so sagte Luminary Clouds CTO Juan Alonso

Bezüglich der Marktperformance des Unternehmens, zum Zeitpunkt dieses Schreibens, hat die Marktkapitalisierung von 85 Milliarden $ und die Aktien von Northrop Grumman handeln bei etwa 595 $, ein Anstieg von 26,8 % in diesem Jahr. Anfang dieses Monats erreichten die NOC‑Aktien ein Allzeithoch (ATH) von 640,90 $.

Im dritten Quartal 2025 meldete das Unternehmen einen Umsatzanstieg von 4 % auf 10,4 Milliarden $, getrieben durch höhere Verkäufe in drei Segmenten: Mission Systems, Defense Systems und Aeronautics Systems. Das Space‑Systems‑Segment, das End‑to‑End‑Missionslösungen durch Entwicklung von Raum‑, Raketenschutz‑ und Startsystemen bietet, verzeichnete niedrigere Umsätze wegen des Endes von Arbeiten an bestimmten Raumfahrtprogrammen. Der Nettogewinn für den Zeitraum betrug 1,1 Milliarden $, bzw. 7,67 $ pro verwässerter Aktie. 

“Der Schwung, den wir in unserem Geschäft aufbauen, führte zu einer starken Performance im dritten Quartal, um unsere finanziellen Ziele für ein mittleres einstelligen Wachstum, steigende Segmentmargen und wachsende Cashflows im Jahresvergleich zu erreichen.”

– CEO Kathy Warden.

Der operative Cashflow stieg im Berichtszeitraum um 466 Millionen $, was zusammen mit geringeren Investitionsausgaben den freien Cashflow um 72 % (526 Millionen $) erhöhte. Die Nettoausgaben beliefen sich gleichzeitig auf 12,2 Milliarden $, und das Backlog betrug 91,4 Milliarden $.

Latest Northrop Grumman (NOC) Stock News and Developments

Conclusion

Während die Technologie weiter voranschreitet, wächst auch unsere Fähigkeit, tiefer in das Universum zu blicken und unser Verständnis davon zu vertiefen. Das James‑Webb‑Weltraumteleskop hat dabei eine Schlüsselrolle gespielt.

Mit der neuesten Innovation ersetzen die Forscher jetzt teure Missionen durch Code, wodurch KI im Wesentlichen zum Mechaniker der Weltrauminstrumente wird. Und während Unternehmen wie Northrop Grumman auch KI in die nächste Generation von Raumfahrzeugen integrieren, ermöglicht uns die Technologie, nicht nur die Sterne zu erreichen, sondern diese Erkundung auch nachhaltig zu gestalten.

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Referenzen

1. Gandolfi, G., Rodighiero, G., Castellano, M., Fontana, A., Santini, P., Dickinson, M., Finkelstein, S., Catone, M., Calabrò, A., Merlin, E., Pentericci, L., Bisigello, L., Grazian, A., Napolitano, L., Vulcani, B., Taylor, A. J., Arrabal Haro, P., Kirkpatrick, A., Backhaus, B. E., … Holwerda, B. W. (2025). Mysteries of Capotauro — investigating the puzzling nature of an extreme F356W-dropout. Astronomy & Astrophysics. Online‑Veröffentlichung im Voraus. https://doi.org/10.48550/arXiv.2509.01664
2. Sewiło, M., Rocha, W. R. M., van Gelder, M., Navarro, M. G., Charnley, S. B., Jin, M., Oliveira, J. M., van Loon, J. T., Francis, L., Wiseman, J., Indebetouw, R., Chen, C.–H. R., Hamedani Golshan, R., & Qasim, D. (2025). Protostars at Subsolar Metallicity: First Detection of Large Solid‑State Complex Organic Molecules in the Large Magellanic Cloud (MCLOUD.BO ). Astrophysical Journal Letters, 992(2), L30. https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0ccd
3. Desdoigts, L., Pope, B., Charles, M., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Sivaramakrishnan, A., Kammerer, J., Thatte, D., & Cooper, R. (2025). AMIGO: a Calibration of the JWST Interferometer. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.09806
4. Charles, M., Desdoigts, L., Pope, B., Tuthill, P., Blakely, D., Johnstone, D., Ray, S., Ford, K. E. S., McKernan, B., & Sivaramakrishnan, A. (2025). Image reconstruction with the JWST Interferometer. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2510.10924