Brauner Zwerg
Ein Brauner Zwerg ist ein Objekt, das aus den gleichen Dingen wie Sterne besteht, aber nicht genügend Masse für die Wasserstofffusion (die Vereinigung von Wasserstoffatomen zu Heliumatomen) besitzt. Die Kernfusion ist das, was Sterne zum Leuchten bringt. Braune Zwerge sind nicht massereich genug, um dies zu tun, daher sind sie keine normalen Sterne. Andererseits sind sie keine regulären Riesenplaneten, denn sie glühen. Man geht davon aus, dass es viele sind, aber es wurden nur wenige gefunden, weil ihre absolute Größe klein ist.
Ihre Masse liegt zwischen den schwersten Gasriesen und den leichtesten Sternen, mit einer Obergrenze von etwa der 75- bis 80-fachen Masse des Jupiters (MJ). Man nimmt an, dass Braune Zwerge mit einer Masse von mehr als 13 MJ Deuterium und solche mit einer Masse über ~65 MJ auch Lithium verschmelzen.
Trotz ihres Namens würden die meisten Braunen Zwerge für das menschliche Auge magentafarben erscheinen. Der nächste bekannte Braune Zwerg ist der etwa 6,5 Lichtjahre entfernte Braune Zwerg WISE 1049-5319, ein binäres System von Braunen Zwergen, das 2013 entdeckt wurde.
Das kleinere Objekt ist Gliese 229B, etwa das 20- bis 50-fache der Masse des Jupiters, das den Stern Gliese 229 umkreist. Er befindet sich im Sternbild Lepus, etwa 19 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Entdeckung
Was als Braune Zwerge bekannt wurde, war in den 1960er Jahren in aller Munde. Es wurden alternative Namen für Braune Zwerge vorgeschlagen, darunter Planetar und Subar. Sie blieben jahrzehntelang hypothetisch.
Frühe Theorien legten nahe, dass ein Objekt mit weniger als 0,09 Sonnenmassen niemals eine normale Sternenentwicklung durchlaufen würde. Die Entdeckung des auf 0,012 Sonnenmassen herunterbrennenden Deuteriums und die Auswirkungen der Staubbildung in den kühlen Außenatmosphären der Braunen Zwerge Ende der 1980er Jahre stellten diese Theorien in Frage. Solche Objekte waren jedoch schwer zu finden, da sie fast kein sichtbares Licht aussenden. Ihre stärkste Emission liegt im Infrarot (IR)-Spektrum, und bodengebundene IR-Detektoren waren damals zu ungenau, um Braune Zwerge ohne weiteres identifizieren zu können.
Viele Jahre lang waren die Bemühungen, Braune Zwerge zu entdecken, erfolglos. Im Jahr 1988 wurde jedoch GD 165B entdeckt, der keines der Merkmale zeigte, die von einem massearmen Roten Zwergstern erwartet wurden. Heute ist GD 165B als Prototyp einer Klasse von Objekten anerkannt, die heute als "L-Zwerge" bezeichnet werden. Obwohl die Entdeckung des kühlsten Zwergs zu dieser Zeit von großer Bedeutung war, wurde darüber diskutiert, ob GD 165B als Brauner Zwerg oder einfach als ein Stern mit sehr geringer Masse klassifiziert werden sollte, da es aus Beobachtungsgründen sehr schwierig ist, zwischen beiden zu unterscheiden.
Bald nach der Entdeckung von GD 165B wurden weitere Braunzwergkandidaten gemeldet. Die meisten konnten ihrer Kandidatur jedoch nicht gerecht werden, da sie sich aufgrund des fehlenden Lithiums als stellare Objekte erwiesen. Wahre Sterne werden ihr Lithium innerhalb von etwas mehr als 100 Millionen Jahren (my) verbrennen, während Braune Zwerge dies nicht tun. Verwirrenderweise haben Braune Zwerge ähnliche Temperaturen und Leuchtkräfte wie einige echte Sterne. Mit anderen Worten, der Nachweis von Lithium in der Atmosphäre eines Objekts bedeutet, dass es, wenn es älter als 100 my ist, ein Brauner Zwerg ist.
In den Jahren 1994/5 änderte sich das Studium der Braunen Zwerge mit der Entdeckung zweier definitiver substellarer Objekte (Teide 1 und Gliese 229B).
Der erste bestätigte Braune Zwerg wurde 1994 entdeckt. Sie nannten dieses Objekt Teide 1 und es wurde im offenen Plejadenhaufen gefunden. Die Natur hob "Braune Zwerge entdeckt, offiziell" auf der Titelseite dieser Ausgabe hervor. Die Entfernung, die chemische Zusammensetzung und das Alter des Teide 1 wurde festgelegt, weil er sich im jungen Plejaden-Sternhaufen befindet. Die Masse von Teide 1 ist 55-mal so groß wie die des Jupiter und liegt deutlich unter der Sternmassengrenze.
Bemerkenswerter war Gliese 229B, dessen Temperatur und Leuchtkraft weit unter dem Sternenbereich lag. Bemerkenswert war, dass sein Nahinfrarotspektrum deutlich eine Methanabsorptionsbande bei 2 Mikrometern zeigte, ein Merkmal, das zuvor nur in den Atmosphären von Riesenplaneten und des Saturnmondes Titan beobachtet worden war. Diese Entdeckung trug dazu bei, eine weitere Spektralklasse zu etablieren, die noch kühler ist als die der L-Zwerge, die so genannten "T-Zwerge", für die Gliese 229B der Prototyp ist.
Ein Brauner Zwerg unter 65 Jupitermassen ist zu keinem Zeitpunkt seiner Entwicklung in der Lage, Lithium durch thermonukleare Fusion zu verbrennen. Hochwertige Spektraldaten zeigten, dass Teide 1 die ursprüngliche Lithiummenge der ursprünglichen Molekülwolke, aus der sich die Plejadensterne bildeten, beibehalten hatte. Dies bewies das Fehlen der thermonuklearen Fusion in seinem Kern.
Teide 1 galt eine Zeit lang als das kleinste Objekt aus dem Sonnensystem, das durch direkte Beobachtung identifiziert worden war. Seitdem sind über 1800 Braune Zwerge identifiziert worden. Einige davon sind der Erde sehr nahe, wie Epsilon Indi Ba und Bb, ein Paar Braune Zwerge, die durch Gravitation an einen sonnenähnlichen Stern etwa 12 Lichtjahre von der Sonne entfernt gebunden sind, und WISE 1049-5319, ein binäres System Brauner Zwerge etwa 6,5 Lichtjahre entfernt.
Künstlerischer Eindruck eines L-Zwerges
Künstlerische Darstellung eines T-Zwerges
Eindruck des Künstlers von einem Y-Zwerg
Fragen
Seit einigen Jahren gibt es eine Debatte darüber, welches Kriterium zur Definition der Trennung zwischen einem sehr massearmen Braunen Zwerg und einem Riesenplaneten (~13 Jupitermassen) verwendet werden soll. Eine Denkschule basiert auf der Formation, eine andere auf der inneren Physik.
Fragen und Antworten
F: Was ist ein Brauner Zwerg?
A: Ein Brauner Zwerg ist ein Objekt, das aus denselben Materialien wie Sterne besteht, dem jedoch die Masse für die Wasserstofffusion fehlt, die Sterne zum Leuchten bringt. Sie sind also keine normalen Sterne.
F: Warum werden Braune Zwerge nicht als normale Riesenplaneten betrachtet?
A: Braune Zwerge werden nicht als reguläre Riesenplaneten betrachtet, weil sie leuchten, was kein Merkmal von Riesenplaneten ist.
F: Warum sind braune Zwerge schwer zu finden?
A: Braune Zwerge sind aufgrund ihrer geringen absoluten Helligkeit schwer zu finden, obwohl es viele von ihnen gibt.
F: Wie groß ist die Bandbreite der Masse eines Braunen Zwerges?
A: Die Masse eines Braunen Zwerges liegt zwischen den schwersten Gasriesen und den leichtesten Sternen, wobei die Obergrenze bei etwa dem 75- bis 80-fachen der Masse des Jupiters liegt.
F: Was passiert, wenn ein Brauner Zwerg eine Masse von über 13 MJ hat?
A: Wenn ein Brauner Zwerg Deuterium fusioniert, geht man davon aus, dass er eine Masse von mehr als 13 MJ hat.
F: Was passiert, wenn ein Brauner Zwerg eine Masse von über ~65 MJ hat?
A: Es wird angenommen, dass Braune Zwerge mit einer Masse von über ~65 MJ auch Lithium fusionieren.
F: Welche Farbe haben die meisten Braunen Zwerge für das menschliche Auge?
A: Obwohl sie "braune" Zwerge genannt werden, erscheinen die meisten von ihnen dem menschlichen Auge magentafarben.
