Eine Illustration zeigt zwei gescheiterte braune Zwergsterne, die sich trennen (Bildnachweis: Robert Lea)
Braune Zwerge kann man nur bedauern. Nicht nur, dass ihr Unvermögen, wie normale Sterne zu zünden, ihnen einen unglücklichen Spitznamen eingebracht hat – gescheiterte Sterne -, sondern neue Erkenntnisse des Hubble-Weltraumteleskops haben gezeigt, dass sie nicht einmal eine Beziehung führen können.
Braune Zwerge sind Himmelsobjekte, die entstehen, wenn riesige Gas- und Staubwolken, sogenannte Molekülwolken, zu dichte Flecken bilden, die in sich zusammenfallen. Im Gegensatz zu einem normalen Stern kann ein Brauner Zwerg jedoch nicht genügend Material aus den Überresten der Wolke sammeln, um genügend Masse anzuhäufen und die Fusion von Wasserstoff zu Helium in seinem Kern in Gang zu setzen. Ein Brauner Zwerg fusioniert zwar einige Elemente, aber vor allem die Fusion von Wasserstoff zu Helium ist das, was einen „Hauptreihenstern“ ausmacht – daher der Name „gescheiterter Stern“.
Wie viele Sterne werden auch Braune Zwerge vermutlich häufig in Doppelsternen geboren. Es gibt jedoch eine große Lücke in der Literatur zu diesem Thema. Während man weiß, dass etwa 75 % der massereichen Sterne im Universum einen Begleitstern haben und etwa 50 % der Sterne von der Größe der Sonne in solchen Doppelkonfigurationen zu sehen sind, liegt die Zahl der entdeckten Doppelsterne von Braunen Zwergen bei fast null. Warum ist das so?
Nun, die Hubble-Beobachtungen könnten eine Antwort liefern. Je älter der Braune Zwerg ist, so scheint es, desto unwahrscheinlicher ist es, dass er einen Begleiter hat. Das bedeutet, dass die Schwerkraft, die binäre Paare von Braunen Zwergen verbindet, so schwach sein könnte, dass die beiden Körper im Laufe von einigen hundert Millionen Jahren auseinanderdriften. Was könnte sie auseinanderdriften lassen? Vielleicht die viel stärkere Anziehungskraft anderer, vorbeiziehender Sterne.
„Unsere Untersuchung bestätigt, dass weit voneinander entfernte Begleiter bei den massearmen und kältesten isolierten Braunen Zwergen extrem selten sind, auch wenn binäre Braune Zwerge in jüngeren Jahren beobachtet werden“, sagte Clémence Fontanive, Hauptautorin der Studie und Wissenschaftlerin am Trottier-Institut für Exoplanetenforschung, in einer Erklärung. „Dies deutet darauf hin, dass solche Systeme im Laufe der Zeit nicht überleben. Wenn sie jung sind, sind sie Teil einer Molekülwolke, und dann, wenn sie altern, löst sich die Wolke auf. Wenn das passiert, fangen die Dinge an, sich zu bewegen, und die Sterne ziehen aneinander vorbei.
„Weil Braune Zwerge so leicht sind“, fügte Fontanive hinzu, „ist der gravitative Halt, der große Doppelsternpaare zusammenhält, sehr schwach, und vorbeiziehende Sterne können diese Doppelsternpaare leicht auseinanderreißen.“
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In gewisser Weise (Entschuldigung im Voraus) sind Braune Zwerge damit so etwas wie das kosmische Äquivalent zum Mem des abgelenkten Freundes. Du kennst es.
Braune Zwergsterne sind das kosmische Äquivalent des Mems vom abgelenkten Freund. (Bildnachweis: Robert Lea)
Mit dem Alter auseinander wachsen
Hubble ermöglicht es den Astronomen, Doppelsterne aufzuspüren, deren Komponenten bis zu 480 Millionen Kilometer (298 Millionen Meilen) voneinander entfernt sind. Das entspricht etwa der dreifachen Entfernung zwischen der Erde und der Sonne, was in kosmischen Maßstäben recht klein ist.
Das Team wählte zunächst eine Stichprobe von Braunen Zwergen aus, die zuvor vom Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA gesichtet worden waren. Die Forscher schränkten diese Stichprobe dann ein, bis sie einige der kältesten und massearmsten gescheiterten Sterne in der relativen Nähe des Sonnensystems erhielten. Da Braune Zwerge keine Kernfusion in ihren Kernen aufrechterhalten können, weisen sie kühle Temperaturen auf, die einige hundert Grad heißer sind als die des Jupiters, der eine Temperatur von etwa minus 166 Grad Fahrenheit (minus 110 Grad Celsius) hat. Solche kühlen Temperaturen sorgen dafür, dass sie ziemlich lange leben können.
Um die kältesten Braunen Zwerge ausfindig zu machen, stützte sich das Team auf die Tatsache, dass diese kalten, gescheiterten Sterne Wasser in ihren Atmosphären kondensiert haben müssen. Fontanive und Kollegen verwendeten zwei verschiedene Nahinfrarotfilter, um diesen Wassergehalt zu untersuchen. Ein Filter zeigte die kalten Braunen Zwerge hell an, während der andere bestimmte Wellenlängen abdeckte, die die gescheiterten Sterne aufgrund der Wasserabsorption in ihren Atmosphären sehr schwach erscheinen ließen.
Eine Illustration eines Braunen Zwerges mit einer Aurora, verglichen mit den Größen einiger anderer Weltraumobjekte. (Bildnachweis: NASA/CC)
Fontanive und Kollegen führten vor einigen Jahren eine ähnliche Studie mit Hubble durch, die sich auf extrem junge Braune Zwerge konzentrierte. Einige dieser gescheiterten Kindersterne hatten binäre Begleiter, was bestätigte, dass Braune Zwerge in Doppelsternsystemen existieren können und dass die Mechanismen, durch die Sterne entstehen, auch massearme Doppelsternsysteme erzeugen können – auch wenn diese Fälle verschwindend selten sind.
Wissenschaftler stellten die Theorie auf, dass der Mangel an beobachteten binären Braunen Zwergen darauf hindeutet, dass sie Schwierigkeiten haben, über lange Zeiträume hinweg gravitativ gebunden zu bleiben. Dieser neue Hubble-Fund untermauert dieses Konzept weiter.
„Die meisten Sterne haben Freunde – sei es ein binärer Begleiter oder ein Exoplanet“, sagte Beth Biller, Mitglied des Teams und Wissenschaftlerin an der Universität von Edinburgh, in der Erklärung. „Diese Untersuchung zeigt, dass dies bei Braunen Zwergen nicht der Fall ist. Nach einer kurzen Phase zu Beginn ihres Lebens bleiben die meisten Braunen Zwerge für den Rest ihrer sehr langen Existenz allein.“
Fontanive fügte hinzu, dass die Motivation für diese Studie darin bestand, festzustellen, wie massearm stellare Objekte sein müssen, um die in Mehrsternsystemen beobachteten Trends aufrechtzuerhalten.
„Unsere Hubble-Durchmusterung liefert den direkten Beweis dafür, dass diese Doppelsterne, die wir beobachten, wenn sie jung sind, wahrscheinlich nicht bis ins hohe Alter überleben werden, sondern wahrscheinlich zerfallen“, schloss er. „Dies ist der bisher beste Beobachtungsbeweis dafür, dass Paare Brauner Zwerge mit der Zeit auseinanderdriften. Ohne die scharfe Sicht und die Empfindlichkeit von Hubble hätten wir diese Art von Durchmusterung nicht durchführen und frühere Modelle nicht bestätigen können“, sagte er. Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
