BRAUNE ZWERGE
Entstanden wie Sterne oder wie Planeten?
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
astronews.com
15. April 2019

Braune Zwerge haben eine Masse, die zwischen der massereicher Planeten und massearmer Sterne liegt. Oft werden sie als verhinderte Sterne beschrieben, da sie nicht über ausreichend Masse verfügen, um dauerhaft nukleare Fusionsprozesse zu starten. Ob sie tatsächlich wie Sterne entstehen, oder vielmehr wie Planeten, weiß man bislang nicht. Neue Beobachtungen könnten nun helfen, diese Frage zu klären.

Braune Zwerge (hier eine künstlerische Darstellung) haben eine Masse, die zwischen der der großen Planeten und von massearmen Sternen liegt. Doch wie sind sie entstanden? Bild: NASA, ESA und JPL-Caltech [Großansicht]

Die "Lücke" zwischen Sternen und den viel kleineren Planeten – zwei sehr unterschiedlichen astronomischen Objekten – füllen Braune Zwerge. Die Frage ihrer Entstehung ist bisher nicht vollständig geklärt. Eine Antwort könnten nun Astronomen der Universität Heidelberg liefern. Sie entdeckten, dass der Stern ν Ophiuchi in der Milchstraße von zwei Braunen Zwergen umkreist wird, die mit großer Wahrscheinlichkeit gleichzeitig mit dem Stern aus einer Gas- und Staub-Scheibe entstanden sind – so wie dies bei Planeten der Fall ist.

"Braune Zwerge" umkreisen entweder einen Stern oder bewegen sich isoliert in den Weiten der Milchstraße. Ihre Masse – sie sind mindestens 13-mal massereicher als der Planet Jupiter – reicht aus, um in ihrem Inneren wenigstens zeitweise durch Kernfusionsprozesse Energie zu erzeugen. Sie sind jedoch nicht schwer genug, um im Kern eine Wasserstofffusion in Gang zu setzen und aus diesem Grund "selbstleuchtend" zu sein.

Entdecken lassen sie sich durch die Wärmestrahlung, die sie nach ihrem Entstehungsprozess immer noch abgeben. Nach Schätzungen könnte es bis zu 100 Milliarden Braune Zwerge in der Milchstraße geben und es ist noch nicht eindeutig geklärt, wie sie eigentlich entstehen - ob sie "gescheiterte Sterne" oder möglicherweise auch "Super-Planeten" sind. Die aktuellen Entdeckungen am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) könnten nun eine Antwort auf die Frage der Entstehung liefern.

Prof. Dr. Andreas Quirrenbach und sein Team werteten an der zum ZAH gehörenden Landessternwarte Königstuhl die Schwankungen in der Radialgeschwindigkeit des Sterns ν Ophiuchi aus. Die Heidelberger Wissenschaftler sowie weitere Astronomen hatten seine Geschwindigkeit über einen Zeitraum von elf Jahren mit Teleskopen in den USA und Japan gemessen. Der Stern hat etwas mehr als die zweieinhalbfache Masse der Sonne und befindet sich in rund 150 Lichtjahren Entfernung von der Erde im Sternbild Schlangenträger.

In den Messungen entdeckten die Forscher aus Heidelberg ein bestimmtes Muster, wie es zum Beispiel durch umlaufende Planeten oder Doppelsterne verursacht wird. Grundsätzlich ist dies nichts Ungewöhnliches für die Astronomen. In diesem Fall verriet die aufwendige Analyse der Daten jedoch Erstaunliches: Offensichtlich wird ν Ophiuchi von zwei Braunen Zwergen mit einer Umlaufzeit von rund 530 und 3185 Tagen umkreist. Sie befinden sich damit in einer sogenannten 6:1-Resonanz. Das bedeutet, dass der näher an ν Ophiuchi liegende Braune Zwerg seinen Stern genau sechsmal umkreist, während der andere, weiter entfernte Braune Zwerg nur eine Umlaufbahn vollendet.

Diese Entdeckung wirft ein völlig neues Licht auf die Bildung von Braunen Zwergen: Entstehen sie ausschließlich wie normale Sterne in interstellaren Wolken oder können sie sich auch in der sogenannten protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub bilden, die den Mutterstern in der Frühphase seiner Entstehung umgibt? "Die 6:1-Resonanz ist ein starker Hinweis auf letzteres Szenario", erläutert Quirrenbach. "Nur in diesem Fall könnten sich die Umlaufbahnen der neu entstandenen 'Braunen Zwerge' über Millionen von Jahren auf eine stabile Resonanz einstellen." Das legen nach den Worten des Heidelberger Wissenschaftlers vor allem aufwendige dynamische Analysen für mögliche Konfigurationen des ν-Ophiuchi-Systems nahe.

Bislang ist dieses "Super-Planetensystem" das erste seiner Art und zugleich der erste sichere Hinweis auf die Entstehung von Braunen Zwergen in einer protoplanetaren Scheibe, wie Quirrenbach betont. Der Wissenschaftler und sein Team hoffen jedoch auf weitere Funde dieser Art. Die Ergebnisse ihrer Untersuchung wurden jetzt in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.