Geheimnisse Brauner Zwerge

Künstlerische Darstellung Brauner Zwerge der Spektralklassen L, T und Y (von heiß nach kalt) wie sie aus der Nähe betrachtet aussähen. Bild: NASA/JPL-Caltech/UCLA

Von Sternen, die die Kernreaktion im Inneren nicht zünden konnten, wollen Astronomen mehr über planetare Gasgiganten lernen

Am Anfang steht der Nebel. Damit sich ein neuer Stern formieren kann, muss sich in einer interstellaren Gaswolke genügender Dichte ein Ungleichgewicht herausgebildet haben. Die Wolke ballt sich unter dem Einfluss der Gravitation zu einem Protostern zusammen, bis die Temperaturen im Inneren hoch genug sind, die Kernfusion zu zünden. Da der Gesamt-Drehimpuls erhalten bleibt, die Wolke aber wie ein Eiskunstläufer die Arme anzieht, dreht sie sich immer schneller.

Allerdings kann es passieren, dass einfach nicht genug Rohstoff vorhanden ist. Entweder, weil die Gaswolke an sich schon zu klein war. Oder weil ein Riesenstern in der Umgebung zu viel Brennstoff weggepustet hat. Womöglich ist der Protostern auch als Teil eines Mehrfachsystems entstanden und seine Brüder haben sich einen größeren Anteil vom Primär-Vorrat gesichert.

Wie viel Kernbrennstoff genau benötigt wird, hängt von dessen Zusammensetzung ab - so wie Alkohol ja auch leichter brennt als Diesel. Sterne können allerdings umso besser zünden, je schwerer der Rohstoff bereits ist. Entspricht die Zusammensetzung unserer Sonne, dann rechnet man mit etwa 75 Jupitermassen (tausend Jupitermassen entsprechen ungefähr einer Sonnenmasse). Im jungen Universum hingegen lagen die Startbedingungen noch bei 90 Jupitermassen.

Wenn der Protostern leichter ist, kann es immer noch zu Fusionsreaktionen kommen: ab 65 Jupitermassen etwa setzt die Lithiumfusion ein, schon ab 13 Jupitermassen verschmelzen Deuteriumkerne mit Protonen zu Helium. Weil aber in der Regel weder Lithium noch schwerer Wasserstoff (Deuterium) zu den Haupt-Bestandteilen eines Babysterns gehören, leuchtet dieser nur sehr schwach, er glüht nur.

Braune Zwerge erreichen meist ungefähr die Größe des Jupiter. Dabei sind die leichteren Sterne größer als die schwereren, weil die Gravitation hier schwächer wirkt. Die Mini-Sterne altern relativ schnell. Schon kurz nach Zünden der Fusionsreaktionen beginnen sie abzukühlen. Die schwersten bekannten Vertreter haben eine Oberflächentemperatur von 2900 Kelvin. Das Schicksal eines Braunen Zwergs ist relativ unspektakulär: Er kühlt mit der Zeit immer weiter ab, bis er nach einigen Milliarden Jahren als Eiskugel durch das Weltall wandert.

Für die Astronomen ist eine solche eiskalte Gaskugel trotzdem sehr spannend - dürfte sie doch viele Eigenschaften gemeinsam haben mit planetaren Gasgiganten, die um eine Sonne kreisen. Die Forscher vermuten zum Beispiel, dass sich ebenso wie bei Planeten Wolken in ihrer Atmosphäre bilden. Leider sind die Braunen Zwerge wegen ihrer niedrigen Temperaturen nur schwer zu beobachten. Statt sichtbaren Lichts senden sie nur Infrarot-Strahlung aus. Doch immerhin könnten sie leichter zu entdecken und aus der Ferne zu erforschen sein als Planeten in anderen Sonnensystemen.

Da passt es gut, dass es Astronomen jetzt mit Hilfe des Spitzer-Weltraumteleskops erstmals gelungen ist, die Entfernung zu einer ganzen Reihe dieser Objekte exakt zu vermessen. Im Fachmagazin Science veröffentlichen die Forscher ihre Ergebnisse. Dass die Entfernung bekannt ist, stellt die Voraussetzung dar, mehr über ein Himmelsobjekt herauszufinden. Denn wie viel Helligkeit etwa von einem Stern auf der Erde ankommt, hängt natürlich außer von dessen Leuchtkraft auch von der Entfernung ab.

Auf diese Weise konnten die Forscher Leuchtkraft, Temperatur und Masse einiger Brauner Zwerge ermitteln. Tatsächlich bestätigte sich dabei die Vermutung, dass die Objekte die Lücke zwischen großen Gasplaneten und Sternen füllen. Überraschend zeigte sich allerdings auch, dass das Spektrum eines Braunen Zwergs nicht notwendigerweise mit seiner Temperatur korrespondiert. Genau das stellt den erhofften Hinweis auf Wolkenbildung in der Atmosphäre dar; außerdem kann es sich auch um ein Ergebnis unterschiedlicher Oberflächen-Gravitation oder vertikaler Strömungen in der Atmosphäre handeln.

Infrarotaufnahme des WISE-Satelliten von WISEP J1828+2650 (eingekreist in der Mitte). Bild: NASA/JPL-Caltech/UCLA

WISEP J1828+2650, einer der Braunen Zwerge, denen man bisher Zimmertemperatur auf der Oberfläche attestiert hatte, scheint demnach doch noch 250 Grad heißer zu sein. Das Objekt WD 0806−661B ist der derzeit heißeste Kandidat für den Preis des kältesten Braunen Zwergs. Bei sechs bis zehn Jupitermassen sollte es auf dem gut zwei Milliarden Jahre alten Stern etwa 60 bis 100 Grad Celsius warm sein. Zu den kleinsten Braunen Zwergen gehört ebenso Ross 458C, der etwa siebenmal so schwer ist wie Jupiter.

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(Matthias Matting)

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