Eine Illustration, die ein Paar eng umeinander kreisender Brauner Zwerge zeigt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Ein gut erforschtes kosmisches Objekt hat Astronomen verblüfft. Der „gescheiterte Stern“ Gliese 229B hat sich als zwei so genannte „braune Zwerge“ entpuppt, die einander eng umkreisen, anstatt nur einen.
Die Entdeckung bedeutet, dass es sich bei Gliese 229B um den ersten engen Braunen Zwerg seiner Art handelt, was die Hoffnung erhöht, dass weitere exotische Systeme dieser Art in der Milchstraße darauf warten, entdeckt zu werden. Die Entdeckung löst auch ein langjähriges Rätsel um Gliese 229B und erklärt, warum dieser Braune Zwerg für seine Masse zu schwach erscheint.
„Gliese 229B wurde als das Aushängeschild des Braunen Zwergs betrachtet“, sagte Jerry W. Xuan, Mitglied des Teams und Forscher am California Institute of Technology (Caltech), in einer Erklärung. „Und jetzt wissen wir, dass wir uns die ganze Zeit über die Natur des Objekts geirrt haben. Es ist nicht eins, sondern zwei. Wir waren nur bis jetzt nicht in der Lage, die Abstände so genau zu bestimmen.“
Braune Zwerge haben den unglücklichen Spitznamen „gescheiterte Sterne“, weil sie sich wie „normale“ Sterne aus kollabierenden Gas- und Staubwolken bilden, aber nicht genug Masse aus den Überresten dieser Wolken sammeln können, um die Fusion von Wasserstoff zu Helium in ihrem Kern auszulösen. Gliese 229B befindet sich in 19 Lichtjahren Entfernung und umkreist einen Roten Zwerg namens Gliese 229. Im Jahr 1995 war er der erste bekannte braune Zwerg, der die Astronomen auf die Suche nach gescheiterten Sternen brachte. Jetzt führt er passenderweise das neue Konzept der unglaublich nahen Braunen Zwerge ein.
Sie können den Astronomen verzeihen, dass sie die beiden Körper von Gliese 229B, die jetzt als Gliese 229Ba und Gliese 229Bb bezeichnet werden, nicht unterscheiden konnten. Sie sind durch eine Entfernung von nur 3,8 Millionen Meilen (6,1 Millionen Kilometer) getrennt. Das mag wie eine unglaubliche Entfernung erscheinen, aber um das in die richtige Perspektive zu rücken, ist es nur das 16-fache der Entfernung zwischen der Erde und dem Mond und nur etwa 4 % der Entfernung zwischen der Erde und der Sonne. Die beiden Braunen Zwerge von Gliese 229B sind so eng miteinander verbunden, dass sie sich alle 12 Erdtage einmal umeinander drehen.
Eine Illustration der gescheiterten Zwillingssterne von Gliese 229B, die umeinander kreisen. (Bildnachweis: K. Miller, R. Hurt (Caltech/IPAC))
Die von einem Astronomenteam des California Institute of Technology (Caltech) gemachte Entdeckung bedeutet, dass es sich bei Gliese 229B nicht um ein einzelnes Objekt mit der etwa 70-fachen Masse des Jupiters handelt, sondern um zwei: Ein Brauner Zwerg mit der rund 38-fachen Masse des Gasriesen im Sonnensystem und ein weiterer mit rund 34 Jupitermassen. Die Doppelnatur von Gliese 229 B wirft die Frage auf, wie sich solche eng zusammenhängenden Braunzwergsysteme bilden.
„Die Entdeckung, dass es sich bei Gliese 229B um einen Doppelstern handelt, löst nicht nur die in letzter Zeit beobachteten Spannungen zwischen seiner Masse und Leuchtkraft auf, sondern vertieft auch unser Verständnis von Braunen Zwergen, die sich auf der Grenze zwischen Sternen und Riesenplaneten befinden“, sagte Dimitri Mawet, Mitglied des Teams und Caltech David Morrisroe Professor für Astronomie, in der Erklärung.
Findung des fehlenden Glieds
Braune Zwerge sind für Astronomen faszinierend, weil sie, zumindest was die Masse betrifft, die Lücke zwischen den massereichsten Planeten und den massearmen Sternen schließen. Man geht davon aus, dass diese gescheiterten Sterne im Allgemeinen zwischen 13 und 80 Jupitermassen besitzen.
Solch ein „fehlendes Glied“ zwischen Sternen und Planeten wurde seit den 1960er Jahren theoretisiert, aber es dauerte bis Mitte der 1990er Jahre, bis Astronomen einen (oder zwei, wie wir jetzt wissen) in Form von Gliese 229B entdeckten. Ein Team, zu dem auch Rebecca Oppenheimer gehörte, die auch an dieser neuen Enthüllung beteiligt war, entdeckte den oder die gescheiterten Sterne.
Oppenheimer ist heute Professorin in der Abteilung für Astrophysik am American Museum of Natural History, war aber 1995 Doktorandin am Caltech. Zusammen mit Kollegen entdeckte Oppenheimer mit Hilfe des Palomar-Observatoriums, dass Gliese 229B Methan in seiner Atmosphäre besitzt. Dies ist bei massereichen Gasriesenplaneten üblich, nicht aber bei Sternen, was bedeutet, dass die Ähnlichkeit von Gliese 229B mit einem Stern auf seine Natur als fehlendes Bindeglied zwischen Planeten und Sternen hindeutet.
„Das erste Objekt zu sehen, das kleiner als ein Stern ist und eine andere Sonne umkreist, war aufregend“, sagte Oppenheimer in der Erklärung. „Es begann eine kleine Industrie von Leuten, die damals nach solchen seltsamen Objekten suchten, aber es blieb für Jahrzehnte ein Rätsel.“
Eine Illustration zeigt einen Größenvergleich zwischen der Sonne, einem braunen Zwerg, Jupiter und der Erde (wenn man sie erkennen kann!). (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
In den drei Jahrzehnten seit der Entdeckung von Gliese 229B haben Astronomen das System intensiv untersucht und festgestellt, dass es selbst für einen gescheiterten Stern zu schwach für seine Masse ist. Dies veranlasste die Wissenschaftler zu der Theorie, dass es sich bei Gliese 229B nicht um einen, sondern um zwei Braune Zwerge handeln muss. Die Beobachtung dieser Doppelnatur ist den Astronomen jedoch noch immer entgangen.
„Um den Astronomen 30 Jahre lang zu entgehen, müssten die beiden Braunen Zwerge sehr nahe beieinander liegen“, erklärte Xuan.
Xuan und seine Kollegen waren erfolgreich, wo andere Astronomen gescheitert waren, indem sie sich an zwei verschiedene Instrumente wandten, die beide am Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste im Norden Chiles installiert sind. Das GRAVITY-Interferometer ermöglichte es den Forschern, Gliese 229B räumlich in zwei Körper aufzulösen, während der hochauflösende CRyogenic InfraRed Echelle Spectrograph (CRIRES+) es ihnen ermöglichte, Lichtspektren von beiden Objekten zu erfassen.
Dieses letztere Werkzeug enthüllte die Rotverschiebung eines Braunen Zwerges, die „Zerkleinerung“ von Lichtwellenlängen, die anzeigt, dass sich ein Objekt von der Erde wegbewegt, und die Blauverschiebung des anderen gescheiterten Sterns, eine Streckung der Lichtwellenlänge, die auf eine Bewegung zur Erde hinweist.
Daher die Enthüllung des Braunen-Zwerg-Duos Gliese 229Ba und Gliese 229Bb.
„Diese beiden Welten, die umeinander kreisen, haben einen kleineren Radius als Jupiter. Sie würden an unserem Nachthimmel ziemlich seltsam aussehen, wenn wir so etwas in unserem eigenen Sonnensystem hätten“, sagte Oppenheimer. „Dies ist die aufregendste und faszinierendste Entdeckung in der substellaren Astrophysik seit Jahrzehnten.“
Obwohl die Entstehung naher Brauner-Zwerg-Doppelsterne ein Rätsel ist, ist es möglich, dass die kollabierende Gas- und Staubwolke, die diese gescheiterten Sterne hervorbrachte, in zwei Teile zerfiel und zwei Braune Zwerge als „Samen“ hervorbrachte. Diese Samen könnten dann durch die Schwerkraft aneinander gebunden worden sein, was zur Geburt des Systems Gliese 229B und anderer ähnlicher Systeme führte, die nur darauf warten, gefunden zu werden.
„Die Tatsache, dass der erste bekannte Begleiter eines Braunen Zwerges ein Doppelsternsystem ist, ist ein gutes Zeichen für die laufenden Bemühungen, weitere zu finden“, fügte Xuan hinzu.
Das Team will nun mit Instrumenten wie dem Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC) am W. M. Keck-Observatorium auf Hawai’i nach näher umkreisenden Braunen Zwerg-Binären suchen. Sie könnten sich auch an den kommenden hochauflösenden Infrarot-Spektrographen für die Charakterisierung von Exoplaneten (HISPEC) des Keck-Observatoriums wenden, der sich derzeit am Caltech im Bau befindet.
„Es ist so schön zu sehen, dass es fast 30 Jahre später eine neue Entwicklung gibt“, sagte Shri Kulkarni, Caltech-Professor für Astronomie und Planetenforschung, der nicht zu diesem Team gehörte, aber einer der ursprünglichen Entdecker von Gliese 229B war. „Jetzt verblüfft dieses Doppelsternsystem erneut.“
Die Studie von Gliese 229Ba und Gliese 229Bb wurde am 16. Oktober in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
