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Eine Illustration zeigt einen entlaufenen Braunen Zwerg, der einer Spiralgalaxie entkommt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)

Ein neu entdeckter abtrünniger stellarer Körper mag ein „gescheiterter Stern“ sein, aber er ist sicherlich kein Versager, wenn es um die Geschwindigkeit geht!

Der potenzielle braune Zwerg rast mit 1,2 Millionen Stundenkilometern (1,9 Millionen km/h) durch unsere Milchstraßengalaxie. Das ist etwa 1.500 Mal schneller als die Schallgeschwindigkeit! Glücklicherweise bewegt sich dieser kosmische Ausreißer auf das Zentrum der Milchstraße und nicht auf uns zu. Allerdings ist das Objekt so schnell unterwegs, dass es unserer Galaxie irgendwann ganz entkommen könnte.

Die unglaubliche Geschwindigkeit dieses neu entdeckten Sterns mit der Bezeichnung CWISE J1249+3621 ist nicht das einzig Faszinierende an dem Objekt, das sich derzeit etwa 400 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.

Die Masse des Sterns beträgt nur etwa 8 % der Sonnenmasse bzw. das 80-fache der Jupitermasse. Damit liegt er genau auf der Trennlinie zwischen einem Stern und einer faszinierenden Gruppe von Objekten, die als „braune Zwerge“ bezeichnet werden und oft (etwas ungerechtfertigt) als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet werden.

CWISE J1249+3621 wurde ursprünglich von Bürgerwissenschaftlern im Rahmen des Projekts Backyard Worlds: Planet 9 entdeckt, das Daten des Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA verwendet, um schwache, sich bewegende Objekte in relativer Nähe zur Sonne aufzuspüren.

Nachdem mehrere Bürgerwissenschaftler das Objekt entdeckt hatten, ging ein Team von Astronomen dem Objekt mit dem Keck-I-Teleskop nach, einem von zwei 10-Meter-Zwillingsteleskopen auf dem ruhenden Vulkan Maunakea in Hawai’i.

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„Wir haben ein sehr massearmes Objekt entdeckt, direkt an der Grenze zwischen Stern und braunem Zwerg, das eine extreme Geschwindigkeit aufweist und sich so schnell bewegt, dass es möglicherweise tatsächlich nicht an die Milchstraße gebunden ist“, sagte der Leiter des Studienteams, Adam Burgasser von der University of California San Diego, gegenüber kosmischeweiten.de. „Er reiht sich ein in eine Reihe von ‚hyperschnellen‘ Sternen, die in den letzten Jahrzehnten entdeckt wurden, von denen die meisten Tausende von Lichtjahren von der Sonne entfernt sind, während diese Quelle ’nur‘ 400 Lichtjahre entfernt ist“, so Burgasser weiter. Diese ergab, dass der potenzielle Braune Zwerg auch eine ungewöhnliche chemische Zusammensetzung aufweist. Das Team wollte die gesammelten Informationen über die Bewegung und Zusammensetzung von CWISE J1249+3621 nutzen, um über seine mögliche Herkunft zu spekulieren.

„Diese Entdeckung eröffnet vor allem einen neuen Weg zur Untersuchung von Braunen Zwergen, die sich in entfernten Regionen der Milchstraße befinden, einschließlich ihres Zentrums, ihres Halos und ihrer verschiedenen Kugelsternhaufen und Satelliten“, sagte Burgasser. „All diese Systeme sind zu weit entfernt, um Braune Zwerge direkt im Detail zu untersuchen, aber wenn sie uns zugeworfen werden, ist es viel einfacher!“

Wovor flieht dieser abtrünnige Stern?

Braune Zwerge entstehen genau wie Sterne – aus riesigen Gas- und Staubwolken, den so genannten Molekülwolken, die sich zu dichten Flecken entwickeln, die unter dem Einfluss ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. Im Gegensatz zu einem normalen Stern wie der Sonne können Braune Zwerge jedoch nicht genügend Material aus den Überresten der Wolke, aus der sie entstanden sind, sammeln, um die Masse zu erreichen, die erforderlich ist, um in ihren Kernen den Druck und die Temperaturen zu erzeugen, die die Fusion von Wasserstoff zu Helium in Gang setzen. Dies ist der Prozess, der einen „Hauptreihenstern“ ausmacht. Daher auch der Beiname „gescheiterter Stern“, der den Braunen Zwergen angehängt wird.

Braune Zwerge haben eine Masse, die zwischen dem Vierfachen des Jupiters und dem 80-fachen des Gasriesen liegt. (Zum Vergleich: Die Sonne ist 1.000-mal massereicher als der Jupiter.) Die Masse von CWISE J1249+3621 ist aufregend, weil sie genau an der hypothetischen Grenze zwischen einem Stern und einem braunen Zwerg liegt: „Die geringe Masse ist bedeutsam, weil es sich um den bei weitem massearmsten ‚Stern‘ mit hoher Geschwindigkeit handelt, der bisher gefunden wurde. Bei den ersten Hochgeschwindigkeitssternen, die vor etwa 20 Jahren gefunden wurden, handelte es sich um massereiche O-Sterne [etwa 50-mal so massereich wie die Sonne] und B-Sterne [bis zu 16-mal so massereich wie die Sonne] , ein wahrscheinlicher Selektionsfehler, da diese Sterne selten sind und in großen Entfernungen gefunden werden müssten“, so Burgasser. „Unsere Entdeckung deutet darauf hin, dass der Prozess (oder die Prozesse), der diese Sterne zum Weglaufen bringt, sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Massen ablaufen muss.“

Eine Illustration eines Braunen Zwerges mit einer Aurora, verglichen mit den Größen einiger anderer Weltraumobjekte. (Bildnachweis: NASA/CC)

Der Forscher von der UC San Diego erklärte, dass das Team sehr gespannt darauf ist, herauszufinden, was diesen stellaren Körper durch die Milchstraße hat rasen lassen.

„Der Stern könnte von unserem supermassereichen Schwarzen Loch Sagittarius A* aus dem Zentrum der Milchstraße geschleudert worden sein, ein Prozess, der häufig zur Erklärung der Entstehung anderer hyperschneller Sterne herangezogen wird“, so Burgasser. „Bemerkenswerterweise bewegt sich unser Stern in das Zentrum hinein und nicht davon weg, aber er könnte sich auf einer Rückreise befinden, nachdem er zuvor ausgestoßen wurde“, fügte er hinzu, dass es auch möglich ist, dass der Braune Zwerg auf der Flucht vor einem ‚kosmischen Vampir‘ ist. Der abtrünnige Sternkörper könnte Teil eines Doppelsternsystems mit einem Weißen Zwerg gewesen sein, der ihm Material entrissen hat. Dieses grausame Fressen führt schließlich dazu, dass der Weiße Zwerg in einer kosmischen Explosion, einer Supernova vom Typ Ia, ausbricht. Diese würde den Weißen Zwerg zerstören und den „Kick“ geben, der diesen Ausreißer mit unglaublicher Geschwindigkeit durch die Milchstraße rasen ließ.

Eine andere Möglichkeit ist, dass der Stern aus einem Kugelsternhaufen durch dynamische Wechselwirkungen mit schwarzen Löchern im Zentrum des Haufens herausgeschleudert wurde; neuere Simulationen zeigen, dass dies während des Alters der Milchstraße mehrmals geschehen sollte“, so Burgasser. „Jeder der oben genannten Prozesse könnte ihn bei einem ausreichend schnellen Anstoß herausgeschleudert haben, oder im Falle eines ‚extragalaktischen‘ Sterns, ist er einfach nur auf der Durchreise.“

Er fügte hinzu, dass das Team derzeit nicht ausschließen kann, dass es sich bei diesem potenziellen Braunen Zwerg um einen Eindringling in unserer Galaxie handelt, der von außerhalb der Milchstraße stammt. Aber die Tatsache, dass er die Ebene unserer Milchstraße durchquert, macht diesen Fall weniger wahrscheinlich.

„Die Umlaufbahn ist sicherlich der überraschendste Aspekt dieses Objekts; es bewegt sich radial in das Zentrum der Milchstraße hinein und wieder heraus und liegt fast perfekt in der Ebene“, so Burgasser. „Die meisten Hochgeschwindigkeitssterne, die wir sehen, befinden sich auf viel chaotischeren oder geneigten Bahnen. Ich denke, das ist ein echter Hinweis auf ihren wirklichen Ursprung.“

Eine Illustration eines schwachen braunen Zwergs und seiner Infrarotemissionen. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, LEAH HUSTAK (SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE))

Ausreißerische Braune Zwerge, falls es sich tatsächlich um CWISE J1249+3621 handelt, scheinen selten zu sein, aber das könnte an ihrer kühlen und schwachen Natur liegen, die ihre Entdeckung erschwert. Dies bedeutet, dass die Population der abtrünnigen Braunen Zwerge viel größer sein könnte, als die derzeitigen Entdeckungsraten vermuten lassen.

„Diese Art von Sternen ist äußerst selten; unter Milliarden von untersuchten Sternen wurden bisher nur einige Dutzend gefunden, und wie bereits erwähnt, ist dies der erste massearme Stern. Und dieses Objekt ist besonders schwer zu sehen, weil es ein sehr kühler und schwacher Stern ist, fast 10.000-mal schwächer als die Sonne und den größten Teil seines Lichts im Infrarotbereich abstrahlt“, so Burgasser. „Es ist schwer zu sagen, wie häufig diese Körper sind, da bisher nur ein einziger gefunden wurde, aber da er so nahe ist, vermuten wir, dass es noch viele weitere geben könnte.

„Diese Spekulationen beruhen zum Teil auf der Tatsache, dass die meisten Sterne in der Milchstraße eine geringe Masse haben und etwa jeder fünfte ein Brauner Zwerg ist, und dass diese Objekte aufgrund ihrer geringen Masse am einfachsten ‚umhergeworfen‘ werden können.“

Das Team beabsichtigt nun, die Atmosphäre von CWISE J1249+3621 genauer zu untersuchen, um zu sehen, ob ihre chemischen Häufigkeiten etwas über ihren Ursprung verraten. Sie werden auch versuchen, weitere dieser massearmen stellaren Ausreißer zu entdecken – eine Suche, bei der Bürgerwissenschaftler eine wesentliche Rolle spielen werden.

„Wir wollen auf jeden Fall mehr von diesen Objekten finden, und unsere Bürgerwissenschaftler haben mehrere weitere Hochgeschwindigkeits-Kandidaten identifiziert, denen wir nachgehen müssen“, so Burgasser abschließend. „Bürgerwissenschaftler waren für diese Studie absolut unverzichtbar! Sie waren es, die diese Quelle als interessantes und untersuchenswertes Ziel identifiziert haben. Ohne sie hätten wir immer noch Hunderttausende von schwachen kleinen Punkten zu sortieren.“

Die Forschungsarbeit des Teams wird in einer vorbegutachteten Veröffentlichung auf der Website arXiv vorgestellt.