Kurz vor Weihnachten und mitten in all dem Rummel um den heute sichtbaren „Weihnachtsstern“ der zwar extrem cool ist aber nix mit Weihnachten zu tun hat lohnt sich ein kurzer Blick ein wenig weiter hinaus in das Universum. Und zwar ins Sternbild Schlangenträger: Dort hat Clémence Fontanive von der Uni Bern mit ihren KollegInnen in 450 Lichtjahren Entfernung etwas sehr außergewöhnliches entdeckt: Zwei Braune Zwerge („A wide planetary-mass companion to a young low-mass brown dwarf in Ophiuchus“).
Ok, braune Zwerge sind jetzt nicht soooo ungewöhnlich. Wir kennen die Dinger zwar auch erst seit 1995; haben seitdem aber schon viele dieser Objekte gefunden. Es handelt sich um ein Mittelding zwischen Stern und Planet: Damit ein Himmelskörper als echter Stern durchgeht, muss er ausreichend lange zu ausreichend viel Kernfusion in der Lage sein um selbst Energie zu produzieren. Dazu braucht es mindestens die 75fache des Jupiters; nur dann kriegt man im Inneren des Objekts die Temperaturen hin die nötig sind um über Milliarden Jahre hinweg Wasserstoff zu Helium und Energie zu fusionieren. Ist die Masse eines Himmelskörpers kleiner als die 13fache Jupitermasse, dann passiert gar nix und wir nennen die Objekte „Planeten“. Aber dazwischen ist es interessant: Da kann zwar ein bisschen Kernfusion stattfinden. Allerdings nicht die übliche Wasserstofffusion, sondern die Fusion von Deuterium-Atomen. Von denen gibt es aber viel weniger als Wasserstoff weswegen diese Objekte nur wenig Energie produzieren und auch nicht so lange wie Sterne. Sie leuchten nicht, sie „glimmen“ und man hat sie „Braune Zwerge“ genannt.
Von denen man, wie gesagt, schon einige entdeckt hat. Das was nun aber im Sternbild Schlangenträger gefunden wurde ist außergewöhnlich. Zwei Braune Zwerge die einander umkreisen und das in Abwesenheit eines Sterns. Der eine davon hat die 15fache Masse des Jupiter, der andere knapp die 8fache Masse. Und jetzt wird der eine oder die andere vielleicht Einspruch erheben und mich daran erinnern wollen, dass ich gerade erst erklärt habe, dass alles mit weniger als der 13fachen Jupitermasse ein Planet ist und kein Brauner Zwerg. Das stimmt auch. Aber die Sache ist komplizierter und genau das macht die aktuelle Entdeckung so interessant.
Braune Zwerge können auf unterschiedliche Weise entstehen. Zum Beispiel so wie auch Planeten entstehen und gemeinsam mit den Planeten eines Sterns. Also durch die Zusammenballung von immer mehr Material zu immer größeren Massen. Wenn sich in unserem Sonnensystem so etwas wie Jupiter bilden kann, dann kann auch etwas entstehen das ein wenig größer ist. Dann kriegt man einen Stern, der von einem Braunen Zwerg umkreist wird (und noch ein paar Planeten als Draufgabe). Es kann aber auch sein, dass ein Brauner Zwerg so entsteht wie ein Stern. Also durch den Kollaps einer kosmischen Wolke unter ihrer eigenen Gravitation. Wenn dann zu wenig Material vorhanden ist, reicht es nicht für echte Kernfusion und wir kriegen einen Braunen Zwerg.
Das Doppelzwergsystem im Schlangenträger versammelt gleich ein paar Besonderheiten. Zuerst einmal sind die beiden Braunen Zwerge sehr jung; kaum 3 Millionen Jahre alt. Das System ist quasi gerade erst geboren worden und wir kennen kaum Braune Zwerge die noch jünger sind. Außerdem sind beide Komponenten vergleichsweise leicht; beide befinden sich knapp an (einmal über, einmal unter) der Massengrenze bei der die Deuteriumfusion einsetzen kann. Und dann sind die beiden Braunen Zwerge auch noch sehr weit voneinander entfernt: Der Abstand in dem sie sich umkreisen beträgt 200 Astronomische Einheiten, also das 200fache des mittleren Abstands zwischen Sonne und Erde. Das ist mehr als die vierfache Entfernung des Neptun, des sonnenfernsten Planeten. Aufgrund der Distanz sind die beiden Braunen Zwerge nur schwach aneinander gebunden und das bedeutet, dass in der Vergangenheit des Systems keine sonderlich extremen Ereignisse stattgefunden haben können. Es kann zum Beispiel sein, dass eine sehr große kosmische Wolke kollabiert und dabei nicht nur einer sondern viele Sterne entstehen (das ist sogar der Normalfall). Wenn diese Sternenembryos einander in die Quere kommen, können einige von ihnen aus ihrer Geburtswolke geschleudert werden, bevor sie echte Sterne geworden sind und müssen den Rest ihres Lebens als Braune Zwerge verbringen. Solche Auswürfen kann es auch geben, wenn sich Himmelskörper in Planetensystemen bilden. Auch hier kommt es zu gravitativen Wechselwirkungen und ein sich wie ein Planet bildender Brauner Zwerg kann aus dem System geschleudert werden.
Beides kann im Fall der Braunen Zwerge aus dem Schlangenträger nicht passiert sein, denn dann wäre das Doppelsystem auseinander gerissen worden (und dass sie sich nachträglich gefunden und begonnen haben umeinander zu kreisen ist so unwahrscheinlich dass es quasi unmöglich ist). Also geht man davon aus, dass sie auf die gleiche Weise entstanden sind, wie auch Doppelsternsysteme entstanden: Dass also eine Wolke unter ihrem Gewicht kollabiert ist, dabei auch fragmentiert ist und sich so zwei Braune Zwerge gebildet haben die einander umkreisen. Das ist an sich schon interessant, vor allem aber zeigt es, dass auch vergleichsweise kleine, planetengroße Objekte durch den Kollaps einer Wolke entstehen können und sich nicht zwingend so bilden müssen wie es die Planeten in unserem Sonnensystem getan haben die langsam aus kleineren Objekten zu ihrer heutigen Größe angewachsen sind.
Systeme wie das jetzt gerade entdeckte zeigen, dass „Stern“entstehung sehr viel komplexer ist und vielfältigere Resultate liefern kann als man dachte. Sie zeigen auch, dass es gar nicht so einfach ist, eine harte Trennlinie zwischen „Planet“ und „Stern“ zu ziehen. Und sie zeigen, dass wir immer was neues entdecken können wenn wir hinaus ins Universum schauen!
irgendwie fehlt mir noch die Erklärung, warum der kleine nun ein Brauner Zwerg und nicht ein großer Gasplanet ist. Leuchtet (glimmt) er oder nicht? Wenn ja, was fusioniert da und warum?
Erklärt Florian doch im zweiten Absatz 🙂
Wie groß werden denn Braune Zwerge eigentlich? Skaliert die Größe linear mit der Masse mit, sodass 74 x Jupiter fast so groß wie ein Stern (Roter Zwerg?) wird oder ist das auch komplexer und gibt auch die Möglichkeit für diffuse Riesen, analog z.B. zum Stern Beteigeuze?
@ Marc: Würde mich auch interessieren.
@ Benny: Da lese ich: Ist die Masse eines Himmelskörpers kleiner als die 13fache Jupitermasse, dann passiert gar nix und wir nennen die Objekte “Planeten”.
Demnach dürfte der kleinere der beiden – egal wie er letztlich entstanden ist – gar keine Fusion betreiben und auch nicht glimmen. Es müsste ein Planet sein und gut ist.
Eine Erklärung, wieso das Ding trotz der geringen Masse ein brauner Zwerg ist, finde ich im Text nirgends. Hat der sich von oberhalb der Massegrenze auf die derzeitige Masse „runtergeglüht“?
@gnaddrig: Es geht um die Entstehung; man geht davon aus dass der kleinere „braune Zwerg“ aus dem Kollaps einer Gaswolke entstanden ist, also so wie Sterne normalerweise entstehen. Und nicht aus der Ansammlung kleinerer Objekte, wie Planeten sich bilden.
@gnaddrig
Nenne das leichtere Ding Planet und schon gibt es ein Problem mit der Definition von (a), da es in diesem Fall keinen dazugehörigen Stern gibt. 😉
(a) der sich auf einer Umlaufbahn um die Sonne (Stern) bewegt,
(b) dessen Masse so groß ist, dass er sich im hydrostatischen Gleichgewicht befindet (und somit eine näherungsweise kugelähnliche Gestalt hat), und
(c ) der das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist, das heißt, diese über die Zeit durch sein Gravitationsfeld von weiteren Objekten „geräumt“ hat.
@gnaddrig
… also streng genommen bei seiner Entstehung keinen zugehörigen Stern gibt …
Danke für die Erklärungen, aber so richtig weiterhelfen tun die mir nicht.
@ Karl-Heinz: Ein paar Zeilen weiter unten steht dort: Objekte planetarer Masse, die nicht an massereichere Himmelskörper wie Sterne gebunden sind, werden auch „freifliegender Planet“ und „vagabundierender Planet“ genannt (neben dem sich mit Stand 2015 zunehmend durchsetzenden Begriff „Planemo“ aus englisch „planetary mass object“).
Ein eigener Stern ist also nicht unbedingt nötig, und ich hätte nach Florians Text im Artikel oben „Planet“ eher als Abgrenzung zu „Stern“ und „Brauner Zwerg“ aufgrund von Masse und Fusionstätigkeit verstanden (meinetwegen auch verkürzt für „freifliegender Planet“), weniger als Bezeichnung für ein Gebilde in einem bestimmten Kontext (also „gebunden an massereichere Himmelskörper wie Sterne“ oder so).
Und bloß weil ein Ding nicht alle Kriterien für eine Definition (hier: Planet) erfüllt, kann man es doch nicht einfach mit einer anderen Bezeichnung belegen (hier: Brauner Zwerg), für die es wesentliche Kriterien ebenfalls nicht erfüllt?
@ Florian Freistetter: Ok, aber was ist dann mit dem Kriterium für Braune Zwerge, dass sie schwer genug für Deuteriumfusion sein müssen? Die Aussage: Ist die Masse eines Himmelskörpers kleiner als die 13fache Jupitermasse, dann passiert gar nix und wir nennen die Objekte “Planeten” stimmt ja dann so nicht. Der kleinere der beiden Zwerge ist deutlich unterhalb dem 13-fachen der Jupitermasse, da dürfte also keine Fusion stattfinden. Wenn das trotzdem ein Brauner Zwerg sein soll, muss die Unterscheidung zwischen Planeten und Braunen Zwergen mindestens in diesem Fall nach anderen Kriterien getroffen worden sein, oder?
@gnaddrig
Ich vermute, du weißt worauf FF hinaus will.
Ansonsten wird hier das Thema nochmals aufgegriffen. 😉
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Brauner_Zwerg
@ Karl-Heinz: Nein, wusste ich nicht wirklich. Er liefert eine Definition für Braune Zwerge (im Prinzip „zwischen 13 und 75 Jupitermassen; Deuteriumfusion“, also genau das, was im Wikipedia-Artikel auch steht). Er stellt ausdrücklich fest, dass der kleinere der beiden Himmelskörper mit 8 Jupitermassen aus diesem Rahmen fällt. Dann nennt er das Ding ohne weitere Erklärung doch Brauner Zwerg. Auf Nachfrage kommt die Erläuterung, dass das Ding nicht wie Planeten aus kleineren Objekten entstanden ist, sondern wie Sterne aus einer Gaswolke.
Warum das eine Antwort auf meine Frage sein soll, hatte sich mir nicht erschlossen. Es erklärt überhaupt nicht, wieso dieses Objekt mit deutlich zu kleiner Masse trotzdem als Brauner Zwerg gelten soll. Die Entstehungsweise wird in der Definition überhaupt nicht erwähnt.
@ Florian Freistetter: Ich bin in dem Wikipedia-Artikel jetzt auf die alte Definition nach Entstehungskriterium („aus Gaswolke“) gestoßen, wo Masse und Fusion keine Rolle spielen. Nach dieser (bei Wikipedia als veraltend und „sehr problematisch“ eher nebenbei erwähnten) Definition wäre das 8-Jupitermassen-Ding da draußen wohl doch ein Brauner Zwerg.
Dass Du in Deinem Artikel anscheinend mit dieser Definition arbeitest, nachdem Du vorher die aktuelle geliefert hast, ist nicht ersichtlich, weil Du es nirgends erwähnst, auch in #7 nicht. Deshalb bin ich darüber gestolpert, dass Du Oph 98 B trotz der geringen Masse fröhlich als Braunen Zwerg bezeichnest.
So oder so eine faszinierende Entdeckung – danke für den Bericht 🙂
@gnaddrig
Ohne deine Nachfrage wäre mir persönlich das mit der zu kleinen Masse des braunen Zwerges gar nicht aufgefallen. 😉
https://www.weltderphysik.de/gebiet/universum/news/2010/wie-klein-duerfen-braune-zwerge-sein/
Cooler Artikel, der beantwortet genau die Frage, die ich @Florian und @Ruth neulich bei Das Universum gestellt habe – Danke!