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Eine Illustration zeigt, wie ein Stern gewaltsam zwei stellare Kerne auspackt, um ein Paar JuMBOs zu erzeugen (Bildnachweis: Robert Lea)

Wissenschaftler haben dieses Jahr ein unerwartetes Weihnachtsgeschenk erhalten: eine mögliche Lösung für das Rätsel der JuMBOs, seltsamer Himmelsobjekte, die weder Planeten noch Sterne zu sein scheinen. Versuchen Sie mal, eine Schleife darum zu machen!

Dieses Geschenk kommt von einem Forscherteam, das glaubt, dass es sich bei den mysteriösen JuMBOs (Jupiter-massive binäre Objekte) in Wirklichkeit um stellare Kerne handelt, die von massiven, mächtigen Sternen gewaltsam „ausgepackt“ wurden, wie Kinder, die am Weihnachtstag aufgeregt Geschenke auspacken. Damit könnte ein Rätsel gelöst werden, das im Jahr 2023 aufkam.

Astronomen, die das James Webb Weltraumteleskop (JWST) benutzen, entdeckten 42 Paare dieser frei schwebenden Objekte mit Planetenmasse im Orionnebelhaufen. Sie waren verwirrt, weil sie nicht mit einem Stern verbunden waren und es irgendwie geschafft hatten, in binären Paaren zu bleiben. Dies deutet darauf hin, dass sich JuMBOs nicht wie Planeten oder Sterne bilden, was ein ziemliches Rätsel darstellt.

Das Team, das diese Idee zur Erklärung der JuMBO-Bildung entwickelt hat, wurde von Richard Parker von der Universität Sheffield und der Studentin Jessica Diamond geleitet und griff dabei auf eine alte Idee zurück, um dieses neue Phänomen zu erklären.

Die Theorie dreht sich um die „Fotoerosion“, einen Prozess, bei dem massereiche und gewalttätige Sterne vom Typ O oder B andere Sterne mit hochenergetischer Strahlung bestrahlen, um ihre äußeren Schichten abzutragen. Diese Idee passt, da der sternbildende Orionnebel voll von heißen und massereichen OB-Sternen ist.

„Wir nutzen eine ziemlich alte Idee – dass die Strahlung von massereichen Sternen so stark ist, dass sie den Gas-‚Kern‘ erodiert, der schließlich einen Stern bildet“, so Parker gegenüber kosmischeweiten.de. „Die Strahlung entfernt einen Teil des Materials aus dem Kern, was dessen Masse reduziert, aber auch das verbleibende Material komprimiert, so dass es effizient ein massearmes Objekt bildet.“

Eine Illustration zeigt zwei „unverpackte“ JuMBOs im Orionnebel (Bildnachweis: Gemini Observatory/Jon Lomberg)

Das Team griff auf eine Arbeit zurück, die vor genau 20 Jahren veröffentlicht wurde, und nutzte die Tatsache, dass sich Sterne üblicherweise in Doppelsternsystemen bilden, und wendete dann den Rahmen der Fotoerosion an, um zu zeigen, dass ein Doppelstern durch Fotoerosion eine JuMBO-Paarung bilden kann.

„Ich betrachte JuMBOs als eine Mischung aus Sternen und Braunen Zwergen – sie wären wie Sterne gewesen, wenn die Strahlung der massereicheren Sterne sie nicht so geformt hätte, dass sie eher wie Braune Zwerge aussehen“, so Parker weiter.

Damit kommt ein weiterer Himmelskörper zu den JuMBOs hinzu. Bevor wir also weitermachen, machen wir es wie der Geist der vergangenen Weihnacht in Charles Dickens Klassiker „The Christmas Carol“ und reisen zurück in das Jahr 2023, als die JuMBOs zum ersten Mal entdeckt wurden, um zu sehen, wie sie sich der Kategorisierung entziehen.

„Braune Zwerge, Planeten oder Sterne“ JuMBOs spielen Scharade mit Astronomen

Wie oben erläutert, besteht das große Rätsel der JuMBOs darin, dass sie sich den Entstehungswegen von Sternen und Planeten zu entziehen scheinen.

JuMBOs haben eine Masse, die ein paar Mal so groß ist wie die des Jupiters. Das lässt sofort vermuten, dass sie sich wie Planeten aus dem Ring aus Gas und Staub bilden, der die Kindersterne umgibt. Die im Orionnebel gefundenen JuMBO-Paare sind jedoch nicht mit Sternen verbunden.

Das ist erklärbar. Planeten werden oft „abtrünnig“ und werden durch Gravitationswechselwirkungen mit vorbeiziehenden „Eindringlingssternen“ oder sogar durch Wechselwirkungen mit ihren eigenen Planetengeschwistern aus den Planetensystemen herausgeschleudert.

Das Problem mit dieser Idee zur Erklärung von JuMBOs ist, dass die Energie, die benötigt wird, um zwei Planeten aus der Umgebung ihres Sterns zu stoßen, auch dazu führen sollte, dass ihre binäre Anordnung aufgelöst wird. Dennoch existieren JuMBOs immer noch in Doppelsternen.

Natürlich ist es plausibel, dass ein ungewöhnliches Ereignis dazu führen könnte, dass Zwillingsplaneten ausgestoßen werden, ohne dass sie sich aufspalten. Die Astronomen haben jedoch nicht nur ein oder zwei JuMBO-Paare im Orion entdeckt, sondern 42 in einer relativ kleinen Ecke der Milchstraße! Das deutet darauf hin, dass es sich hier nicht um einen ungewöhnlichen Vorfall handelt.

Two rogue JuMBOs werden aus ihrem Sternsystem herausgeschleudert, bleiben aber aneinander gebunden (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))

Warum also dachten die Astronomen, dass JuMBOs nicht wie Sterne entstehen? Das lag vor allem an ihrer Masse.

Sterne entstehen, wenn überdichte Flecken in einer massiven Gas- und Staubwolke wachsen und unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. Dabei wird ein Protostern geboren, der weiterhin Materie aus seinem vorgeburtlichen Kokon aus Gas und Staub sammelt. In der Regel sammeln diese Protosterne genug Masse, um im Kern den Druck und die Temperatur zu erzeugen, die für die Fusion von Wasserstoff zu Helium erforderlich sind, d. h. für den Kernprozess, der einen Hauptreihenstern ausmacht.

Parker wies darauf hin, dass viele Sterne mit einem binären Partner aus derselben Wolke geboren werden und zu Doppelsternen werden. Man schätzt, dass etwa die Hälfte aller bekannten Sterne in einer solchen Partnerschaft sind. Das Rätsel ist gelöst, oder? Falsch! Hier ist der Haken.

Je massereicher ein Stern ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er sich in einem Doppelstern befindet. Etwa 75 % der massereichsten Sterne existieren mit einem Partner. Bei Sternen mit einer Masse wie der Sonne sinkt diese Zahl auf etwa 50 % und nimmt mit abnehmender Masse weiter ab. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, einen Stern mit einer planetarischen Masse in einem Doppelsternsystem zu finden, praktisch gleich Null sein dürfte.

Erinnern Sie sich daran, dass das JWST allein in einem Nebel 42 Paare von JuMBOs gefunden hat. Auch das deutet darauf hin, dass hier etwas vor sich geht, das mehr als nur ein Zufall ist.

JuMBOs sind gar keine Schurken

Nach der Theorie von Parker und Diamond bilden sich JuMBOs tatsächlich wie Sterne, aber sie haben zu Beginn genug Masse, um in Doppelsternen zu leben. Es ist dann die heftige Strahlung, die von anderen, massereicheren Sternen ausgeht, die einen Großteil dieser Masse abträgt, so dass JuMBOs mit Planetenmassen zurückbleiben.

„Damit entfällt die Notwendigkeit, dass sich JuMBOs als massereiche Planeten bilden und irgendwie von ihren Muttersternen als binäres Paar ausgestoßen werden“, sagte Parker. „Sie sind nicht wirklich ‚abtrünnig‘. Nach unserer Vorstellung hätten die JuMBOs ein normales und gewöhnliches Doppelsternpaar gebildet, wenn es nicht die extreme Strahlung von nahen massereichen Sternen gegeben hätte, von denen es im Orion mehrere gibt.“

Er fügte hinzu, dass die Theorie auch ausschließt, dass sich JuMBOs als braune Zwerge mit sehr unkonventionellen Bahnabständen mit binären Partnern bilden, die nirgendwo sonst im Kosmos beobachtet werden.

Ein Diagramm, das einen braunen Zwerg im Verhältnis zur Erde, zum Jupiter, zu einem massearmen Stern und zur Sonne zeigt. (Bildnachweis: NASA)

Die von Parker erwähnten braunen Zwerge sind Objekte, die sich wie Sterne bilden, aber während der Protosternphase nicht genug Masse sammeln, um die Fusion von Wasserstoff zu Helium auszulösen. Aus diesem Grund erhalten Braune Zwerge oft den etwas unfairen Spitznamen „gescheiterte Sterne“.

Sie haben eine Masse zwischen dem 10- und 80-fachen des Jupiters, was etwa dem 0,01- bis 0,08-fachen der Sonnenmasse entspricht. Wie bei dieser geringen Masse zu erwarten, sind Braune Zwerge nur selten in Doppelsternen zu finden.

„Ich betrachte JuMBOs als eine Kreuzung zwischen Sternen und braunen Zwergen – sie wären wie Sterne gewesen, wenn nicht die Strahlung der massereicheren Sterne sie so geformt hätte, dass sie eher wie braune Zwerge aussehen.“

Parker erklärte, dass die Astronomen zur Überprüfung seiner und Diamonds Idee andere Sternentstehungsgebiete mit massereichen Sternen nach JuMBOs absuchen müssen. Je stärker die Strahlung dieser Sterne ist, desto kleiner müssten die JuMBOs sein, die in ihrer Nähe gefunden werden!

„In Regionen, in denen es viele massereiche Sterne gibt, sollten die JuMBOs also weniger massiv sein“, fuhr er fort. „Wenn wir JuMBOs in Regionen finden würden, in denen es keine Strahlung von massereichen Sternen gibt, würde das unsere Idee sofort widerlegen!“

Parker glaubt, dass die Astronomen schnell handeln müssen, um diese JuMBO-Paare im Orion zu untersuchen. Aber wenn er und Diamond Recht haben, sollten in Kürze neue JuMBOs auftauchen.

„Ich habe daran gearbeitet, zu berechnen, ob JuMBOs in einer überfüllten Umgebung wie dem Orionnebelhaufen lange überleben würden“, sagt er. „Es scheint, dass viele von ihnen gestört sind, was bedeutet, dass sich viel mehr von ihnen bilden müssten als beobachtet werden, um die Beobachtungen zu erklären.

Wenn die Astronomen Parker ein Weihnachtsgeschenk für seine und Diamonds Theorie machen wollen, wird der Forscher von der Universität Sheffield mit einer Überraschung zufrieden sein. Das bringt seine Einstellung zu Entdeckungen wie JuMBOs auf den Punkt.

„Mein Mantra lautet: ‚Erwarte nie etwas und bleibe immer aufgeschlossen!‘“ so Parker abschließend. „Es wird immer irgendeinen Aspekt der Physik geben, den wir nicht bedacht oder übersehen haben, also sollte nichts überraschend sein, aber alles ist faszinierend, und es ist unsere Aufgabe, alles zu erklären!“

Das bedeutet, dass er nicht auf die Socken warten wird, die du ihm schenken willst!

Diamonds und Parkers Forschungsergebnisse wurden im November im Astrophysical Journal veröffentlicht.