Künstlerillustration des binären Paares des Braunen Zwergs. Klicken um zu vergrößern.
Eine der schwierigsten Aufgaben für Astronomen ist es, herauszufinden, wie massiv entfernte Objekte sind. Das Hubble-Weltraumteleskop hat Astronomen dabei geholfen, die Masse eines binären Paares brauner Zwerge - gescheiterter Sterne - zu messen, während sie sich gegenseitig umkreisen. Ein Zwerg ist 55-mal so groß wie Jupiter und der andere 35-mal so groß wie Jupiter. Jeder musste die 80-fache Masse des Jupiter haben, bevor er genug Masse hatte, um eine Fusionsreaktion auszulösen.
Zum ersten Mal ist es Astronomen gelungen, ein binäres Paar Brauner Zwerge zu wiegen und ihre Durchmesser genau zu messen. Solche genauen Messungen sind bei der Beobachtung eines einzelnen Braunen Zwergs nicht möglich.
Da ihre Umlaufbahnen zur Erde hin geneigt sind, gehen die Zwerge voreinander vorbei und erzeugen Finsternisse. Dies ist die erste Binärdatei, die jemals einen braunen Zwerg verdunkelt hat. Das Paar bietet eine ungewöhnliche Gelegenheit, die Massen und Durchmesser der Zwerge genau zu bestimmen und entscheidende Tests theoretischer Modelle durchzuführen.
Ein Brauner Zwerg ist eine wenig verstandene Zwischenklasse von Himmelsobjekten, die zu klein ist, um Wasserstofffusionsreaktionen aufrechtzuerhalten, wie sie unsere Sonne antreiben. Braune Zwerge sind jedoch Dutzende Male massereicher als der größte Planet des Sonnensystems, Jupiter, und daher zu groß, um ein Planet zu sein.
Die Entdeckung der gepaarten Braunen Zwerge und die kritischen Messungen werden heute in der Fachzeitschrift Nature von einem Team von Astronomen berichtet: Jeff Valenti vom Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu von der University of Wisconsin-Madison und Keivan Stassun der Vanderbilt University.
Ein Zwerg ist das 55-fache der Jupitermasse. Der andere ist 35-mal schwerer als Jupiter (mit einer Fehlerquote von 10 Prozent). Um sich als Stern zu qualifizieren und Wasserstoff durch Kernfusion zu verbrennen, müssten die Zwerge 80-mal so massereich sein wie Jupiter. Zum Vergleich: Die Sonne ist 1000-mal so massereich wie der Jupiter.
Die Astronomen sind überrascht zu entdecken, dass der massereichere Braune Zwerg entgegen allen Vorhersagen über gleichaltrige Braune Zwerge der Kühler des Paares ist. Entweder sind die beiden nicht gleich alt und können gefangene Körper sein, oder die theoretischen Modelle sind falsch, sagen Forscher.
Das braune Zwergpaar umkreist sich so eng, dass es von der Erde aus wie ein einzelnes Objekt aussieht. Da ihre Rennstrecke umrandet ist, passieren die beiden Objekte regelmäßig einander oder verdunkeln sich gegenseitig. Diese Finsternisse verursachen regelmäßige Einbrüche in der Helligkeit des kombinierten Lichts, das von beiden Objekten kommt. Durch genaues Timing dieser Bedeckungen konnten die Astronomen die Umlaufbahnen der beiden Objekte bestimmen. Mit diesen Informationen verwendeten die Astronomen Newtons Bewegungsgesetze, um die Masse der beiden Zwerge zu berechnen.
Zusätzlich berechneten die Astronomen die Größe der beiden Zwerge, indem sie die Dauer der Einbrüche in ihrer Lichtkurve maßen. Weil sie so jung sind, sind die Zwerge für ihre Masse bemerkenswert groß: ungefähr so groß wie die Sonne. Denn das Paar befindet sich im Orionnebel, einem nahe gelegenen Sternenkindergarten mit weniger als 10 Millionen Jahre alten Sternen.
Eine Analyse des vom Zwergenpaar kommenden Lichts zeigt, dass die Zwerge einen rötlichen Schimmer haben. Aktuelle Modelle sagen auch voraus, dass Braune Zwerge „Wetter“ haben sollten - wolkenartige Bänder und Flecken, die denen auf Jupiter und Saturn ähneln.
Durch Messung der Variationen im Lichtspektrum des Paares bestimmten die Astronomen auch die Oberflächentemperaturen der Zwerge. Die Theorie sagt voraus, dass das massereichere Mitglied eines Paares brauner Zwerge eine höhere Oberflächentemperatur haben sollte. Aber sie fanden genau das Gegenteil. Der schwerere der beiden hat eine Temperatur von 2.350 Grad Kelvin (4.310 Grad Fahrenheit) und der kleinere 2.790 Grad K (4.562 Grad F). Diese sind vergleichbar mit der Oberflächentemperatur der Sonne von 5.800 ° K (9.980 ° F).
"Eine mögliche Erklärung ist, dass die beiden Objekte unterschiedliche Herkunft und Alter haben", sagt Stassun. Wenn dies der Fall ist, unterstützt es eines der Ergebnisse der jüngsten Bemühungen, den Sternentstehungsprozess zu simulieren. Diese Simulationen sagen voraus, dass Braune Zwerge so nahe beieinander entstehen, dass sie sich wahrscheinlich gegenseitig stören.
Die neuen Beobachtungen bestätigen die theoretische Vorhersage, dass Braune Zwerge als sterngroße Objekte beginnen, aber mit zunehmendem Alter schrumpfen und abkühlen und zunehmend planetgroß werden. Bisher war der einzige Braune Zwerg, dessen Masse direkt gemessen worden war, viel älter und dunkler.
Viele Astronomen glauben, dass Braune Zwerge tatsächlich das häufigste Produkt des Sternentstehungsprozesses sind. Informationen über Braune Zwerge können also wertvolle neue Einblicke in die dynamischen Prozesse liefern, die Sterne aus kollabierenden Strudeln aus interstellarem Staub und Gas erzeugen.
Da alte Braune Zwerge kleiner und dunkler als echte Sterne sind, haben Astronomen erst in den letzten Jahren durch Verbesserungen der Teleskoptechnologie Hunderte von schwachen Objekten katalogisieren können, von denen sie glauben, dass sie Braune Zwerge sind. Aber um die Braunen Zwerge aus anderen Arten schwacher Objekte herauszusuchen, müssen sie ihre Massen abschätzen können, denn Masse ist das Schicksal von Sternen und sternähnlichen Objekten.
Die Existenz von Braunen Zwergen wurde erstmals in den 1980er Jahren vorgeschlagen, aber erst im Jahr 2000 wurde ein Brauner Zwerg eindeutig entdeckt. Während Braune Zwerge hypothetische Objekte waren, unterschieden Astronomen sie von Planeten durch die Art und Weise, wie sie sich bildeten. Braune Zwerge und Sterne werden auf die gleiche Weise aus einer kollabierenden Wolke aus interstellarem Staub und Gas gebildet. Planeten werden aus Staub- und Gasscheiben gebaut, die die Bildung von Sternen umgeben. Als Astronomen den ersten braunen Zwergkandidaten entdeckten, stellten sie fest, dass es sehr schwierig ist, Zwerge von Planeten zu unterscheiden, insbesondere wenn sie Sternbegleiter haben. Eine wachsende Gruppe von Astronomen bevorzugt es daher, Braune Zwerge als Objekte zu definieren, die 13- bis 80-mal so massereich sind wie Jupiter.
Die Forscher machten die Beobachtungen mit zwei Teleskopsätzen in den chilenischen Anden, etwa 100 Meilen nördlich von Santiago: dem SMARTS (Small and Moderate Aperture Research Telescope System), das von einem Konsortium betrieben wird, dem das Space Telescope Science Institute und die Vanderbilt University angehören das International Gemini Observatory, das von der National Science Foundation betrieben wird.
Originalquelle: Hubble-Pressemitteilung
