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  • AutorenbildSven Piper

Braune Zwerge

Aktualisiert: 13. Mai


Künstlerische Darstellung eines Braunen Zwergs
Künstlerische Darstellung eines Braunen Zwergs (Credit: NASA/JPL-Caltech)

Braune Zwerge sind aufgrund der quantenmechanischen Entartung der Elektronen kompakte astronomische Objekte von mindestens 13 Jupitermassen, mit einer Obergrenze von 75 Jupitermassen, die eine Sonderstellung zwischen einem Stern und einem Planeten bilden.


Sie werden auch als ‚gescheiterte Sterne‘ (engl. failed stars) bezeichnet, da ihre Masse nicht ausreicht, um im Inneren Wasserstoff in Helium zu fusionieren. Daher findet die für Sterne typische Kernfusion nicht statt, was zu einer nur geringen Leuchtkraft führt.


Damit eine Wasserstofffusion in einem Stern zünden kann, bedarf es einer Kerntemperatur von mindestens 3 Millionen Kelvin. Doch sind in einem Braunen Zwerg die Drücke, aufgrund der wesentlich geringeren Masse im Vergleich zu einem Stern, nicht ausreichend, um diese Temperatur zu erreichen. Dennoch finden auch in Braunen Zwergen Fusionsprozesse statt. Bei einem Objekt von 13 Jupitermassen verschmelzen ein Deuteriumkern und ein Proton zu einem Heliumkern, ein Prozess, der als Deuteriumfusion bekannt ist. Ab 65 Jupitermassen kommt es zu einer Lithiumfusion, bei der ein Lithiumkern (Li7) mit einem Proton reagiert. Daher sind massereiche Braune Zwerge aufgrund ihrer Lithiumvorkommen leichter aufzuspüren, während massearme Sterne, in denen die Wasserstofffusion stattfindet, ihren Lithiumvorrat schnell aufbrauchen.


Dennoch gibt es auch Sonderfälle, die gegen die oben genannten Kriterien verstoßen, da Objekte entdeckt wurden, die zwar weniger als 13 Jupitermassen besitzen, doch mehr Ähnlichkeit mit einem Braunen Zwerg als mit einem Gasplaneten haben. Entscheidend hierbei scheint zu sein, ob ein Brauner Zwerg Teil eines Sonnensystems ist oder alleine für sich steht.


Braune Zwerge scheinen nach dem gegenwärtigen Forschungsstand auf verschiedene Weisen zu entstehen:


Sie werden entweder nach denselben Mechanismen aus einer Gaswolke gebildet wie die Sterne auch, mit dem einzigen Unterschied, dass die Masse des entstehenden Körpers nicht zur Wasserstofffusion ausreicht. Oder sie bilden sich, wie die Planeten auch, aus einer protoplanetaren Scheibe und werden nicht selten in einem späteren Entwicklungsstadium aus dem Planetensystem herausgeschleudert.


Man ist sich sicher, dass bei ihnen kein Materietransport vom Kern zur Oberfläche stattfindet und dass sie keinen schalenartigen Aufbau wie sonnenähnliche Sterne besitzen; tatsächlich glaubt man, dass sie eine den Gasriesen ähnliche Atmosphäre beherbergen.


Weitere Besonderheiten von Braunen Zwergen sind, dass sie ungefähr den Radius des Planeten Jupiter haben und dass die leichteren Braunen Zwerge einen größeren Durchmesser besitzen als die schwereren. Außerdem können ältere, kühlere Braune Zwerge, anders als Sterne, über einen längeren Zeitraum größere Mengen an Methan beherbergen, wie auch Gliese 229B gezeigt hat.


Geschichte


1960 stellte man erstmals Überlegungen an, dass beim Entstehungsprozess der Sterne auch Objekte entstehen könnten, die aufgrund ihrer niedrigen Masse nicht die zur Wasserstofffusion erforderliche Temperatur erreichen und dass es möglich sein müsste, solche Objekte im Infrarotbereich aufzuspüren. Der Name ‚Brauner Zwerg‘ wurde erst später vorgeschlagen. Zunächst hielt man auch den Begriff ‚Schwarzer Zwerg‘ für angebracht, der heute jedoch einen ausgebrannten Weißen Zwerg beschreibt.


Der Name ‚Brauner Zwerg‘ ist zwar im eigentlichen Sinne nicht richtig, da auch sie rot erscheinen, jedoch war der Begriff ‚Roter Zwerg‘ bereits für die leichtesten Sterne reserviert.


Seit den 1980er Jahren wurden verschiedene Anläufe unternommen, diese hypothetischen Körper zu finden, aber erst 1995 wurde mit Gliese 229B (GL229B) der erste Braune Zwerg mit dem 1.5 m Spiegelteleskop des Palomar Observatory zweifelsfrei nachgewiesen und mit dem Hubble Weltraumteleskop bestätigt. Gliese 229 ist 19 Lichtjahre von der Erde entfernt und beherbergt neben dem Braunen Zwerg auch einen Roten Zwerg.


Der erste Flare eines Braunen Zwergs, vergleichbar mit einer kleinen Sonneneruption, doch milliardenfach stärker als vergleichbare Ereignisse auf Jupiter, wurden in 16 Lichtjahren Entfernung durch das Chandra Röntgenstrahlen Observatorium im Juli 2000 aufgezeichnet. Auslöser war wahrscheinlich ein verdrehtes Magnetfeld und dies war auch der erste Hinweis, dass Braune Zwerge überhaupt ein Magnetfeld besitzen. [1]


Der im April 2014 entdeckte Braune Zwerge mit der Bezeichnung WISE 0855-0714 hat nur eine Oberflächentemperatur von 225 bis 260 K (-48 bis -13 °C oder -55 bis 8 °F) und ist damit das kühlste Objekt seiner Klasse.


In den letzten Jahren wurden mehrere hundert weitere Braune Zwerge aufgespürt, wobei zur Überraschung der Astronomen in nur 11,8 Lichtjahren Entfernung der sonnennächste Braune Zwerg im Epsilon Indi B-Doppelsystem entdeckt wurde.


[1] http://chandra.harvard.edu/press/00_releases/press_071100.html


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