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Grenzgänger im All - Von Braunen Zwergen und Superplaneten
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Dieses Jahr fand auf den vulkanischen Hawaii-Inseln das Symposium Nummer 211 der Internationalen Astronomischen Union statt. Thema: »Braune Zwerge« - faszinierende Objekte einer ungewöhnlichen Zwischenwelt zwischen Sternen und Planeten. Gleichsam Welten, die sich nicht »entscheiden« konnten.
Was wissen Astronomen heute über sie?

Zwerge unter sich

Schwarze Löcher, Neutronensonnen und Quarksterne, diese ungekrönten Könige exotischer kosmischer Reiche sorgen immer wieder für Schlagzeilen, und das nicht nur in der Fachpresse. Doch auch weniger auffallende Astro-Objekte erregen in der modernen Weltraumforschung zusehends die Gemüter. Solche geheimnisvollen Bewohner der düsteren galaktischen Zonen sind die »Braunen Zwerge«.

Ihre Existenzform erinnert ein wenig an die unheimliche Übergangswelt der Viren. Diese winzigen Körperchen gelten bekanntlich nicht als Leben, da sie ohne Kontakt zu wirklichen Lebensformen nichts als tote Strukturen sind, komplex zwar, aber ohne jede Aktivität. Sobald sie aber in einen Wirt gelangen, werden sie zur Reproduktion fähig, denn sie besitzen Gene, schleusen sie in Zellen ein und veranlassen die Produktion von Virenkopien, mit manchmal schlimmen Folgen. Die Braunen Zwerge sitzen ebenfalls irgendwie »zwischen den Stühlen« und sind überraschend klein für stellare Objekte. Wenigstens aber lösen sie keine Krankheiten aus.
Mit der Identifizierung von Gliese 229B, einer 19 Lichtjahre entfernten Sonne im Sternbild Hase, gelang Astronomen im Jahr 1995 erstmals die sichere Entdeckung eines dieser mysteriösen Objekt.Damals kombinierten amerikanische Forscher die Aufnahmen von drei Teleskopen, darunter Hubble, zu einem Gesamtbild. Was sich da zeigte, war ein seltsames Zwischending zwischen einem Stern und einem Planeten - für das Erstere zu klein, für Zweites zu groß! »Das ist das erste Mal überhaupt, dass wir außerhalb des Sonnensystems ein Objekt beobachtet haben, dessen Spektrum dem eines gigantischen Gasplaneten erstaunlich ähnelt«, erklärte Team-Mitglied Shrivina Kulkarni in den Tagen der Entdeckung und betont dabei: »Es schaut aus wie Jupiter, aber genau das ist es, was man von einem Braunen Zwerg erwarten würde.«

Und dennoch, GL 229B, der extrem lichtschwache Begleiter von Gliese 229A, ist kein Planet. Denn dazu ist er einfach zu massig. Er wiegt mindestens 20-mal soviel wie unser Bolide Jupiter, der größte Planet des Sonnensystems. Nach oben hin bleibt noch einiger Freiraum für die Masse: Die sinnvollen Abschätzungen gehen in den Bereich bis 50 Jupitermassen. Doch bereits die Untergrenze ist eindeutig zuviel, sogar für den selbstsichersten Planeten!
Das Team hatte also eindeutig den ersten der lange gesuchten Braunen Zwerge entdeckt. Während rote Zwerge kleine Sterne mit einem gut funktionierenden, eigenen Nuklearfeuer sind, während weiße Zwerge ihr Leben als ordentliche Sonnen bereits hinter sich haben und schwarze Zwerge ihre erkalteten Überreste sind, taumeln Braune Zwerge als untergewichtige Möchtegern-Sonnen durchs All, ohne Hoffnung, jemals an genügend »Nahrung« heranzukommen, um prachtvoll aufleuchten zu können.

Sterne auf dem Abstellgleis

Ja, sie können einem richtig leid tun, die kleinen Braunen Zwerge! Was lief schief bei diesen schwachbrüstigen Sternanwärtern, die es auf der Karriereleiter des Lichts nie weiter als bis zu einem schwachen Glanz bringen?
Die Masse macht's, wie fast immer! Und im Sternenzoo ist es nicht anders, denn auch hier bestimmt allein dieser Faktor, was aus einer Gaswolke wird, wenn sie sich weiter verdichtet. Ein Objekt, das weniger als acht Prozent der Masse unserer Sonne besitzt und damit die 80-fache Jupitermasse unterschreitet, kann kein »vernünftiger« Stern mehr werden. Der Innendruck und die Temperaturen reichen schlichtweg nicht aus, um im Zentrum dauerhafte Atomreaktionen auszulösen. Ganz am Anfang in der Entwicklung eines Braunen Zwerges sieht alles einigermaßen gut aus. In seiner »Kindheit« ist er nämlich noch in der Lage, ein wenig Energie aus der Umsetzung von schwerem Wasserstoff, Deuterium, in Helium zu gewinnen. Dieser Vorgang ist der Motor im Inneren eines jeden Sterns. Nach nur wenigen zehn Millionen Jahren geht dem zu kleinen Zwerg dann allerdings die »Puste« aus, der Vorrat ist aufgebraucht und seine Energieproduktion kommt zum Erliegen. Der Innendruck lässt nach, der Stern gerät aus dem Gleichgewicht, zieht sich unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft allmählich zusammen. Die Kontraktion wärmt ihn auf und lässt ihn schwach als Braunen Zwerg leuchten. Seine Oberflächentemperatur liegt dabei deutlich unter stellarem Standard - sie erreicht oft nicht einmal 2.500 Grad Celsius. Richtig kühl also und unter der Würde eines jeden echten Sternes!

Das Glimmen eines Braunen Zwergs wird mit der Zeit immer schwächer. So fallen vor allem die jungen Vertreter dieser Klasse am Himmel einigermaßen auf, natürlich noch eher, wenn sie nicht zu weit von uns entfernt sind. Alte Braune Zwerge müssen besonders nahe sein, um noch eine geringe Chance haben, aufgefunden zu werden. Zu den nahen und älteren Braunen Zwergen zählt LP 944-20, eines der am besten untersuchten Exemplare. Er steht nur 16 Lichtjahre von der Sonne entfernt, bringt nicht mehr als sechs Prozent der Sonnenmasse auf die Waage und verstrahlt sein schummriges Licht seit rund 500 Millionen Jahren. Ein extremeres Beispiel ist der alte Zwerg Kelu-1, der in einer Distanz von 30 Lichtjahren aufgespürt wurde und schon seit ein paar Milliarden Jahren vor sich hin dämmert, vielleicht also schon seit der Zeit, als unser eigenes Sonnensystem gerade im Begriff war zu entstehen. Astronomen hoffen auch, mehr über die Anfänge von Sternen und Planeten herauszufinden, indem sie jene winzigen Grenzgänger genauer unter die Lupe nehmen.

Kleinvieh macht auch Mist

Ganz zu Anfang sah es so aus, als ob Braune Zwerge eine seltene stellare Brut seien. In den vergangenen Jahren hat die rasante Entwicklung astronomischer Techniken aber gezeigt, dass das keineswegs der Fall ist. Nur sind sie eben schwer zu entdecken. Wahrscheinlich aber, so vermuten die Experten heute, gibt es im All genauso viele Objekte dieser Art wie auch gewöhnliche Sterne existieren. Tatsächlich wurden die Astronomen bereits an vielerlei Orten fündig. Im mehr als 400 Lichtjahre entfernten Sternhaufen der Plejaden, jener wunderschönen Sterngruppe im Stier, die schon mit bloßem Auge leicht zu erkennen ist, verbergen sich auch Braune Zwerge. Sie sind vergleichsweise jung und hell, trotzdem war ein extrem empfindlicher CCD-Detektor erforderlich, um beispielsweise Teide-1 dort aufzuspüren, einen 100 Millionen Jahre alten »Bräunling«.

Vor rund einem Jahr stöberten sich Astronomen mittels dem Infrarot-Weltraumobservatorium ISO durch die mit 540 Lichtjahren Distanz nicht viel ferneren, in wundervollen Farben leuchtenden Wolken des Rho-Ophiuchi-Komplexes im Sternbild Schlangenträger. Diese Sternengeburtsstätte beherbergt rund 100 neu geborene, hell leuchtende Sonnen. Doch in diesem lichten Gewimmel fanden sie auch Hinweise auf Braune Zwerge. Verräterische Wärmestrahlung signalisierte den Astro-Fachleuten die Anwesenheit der kosmischen Aschenputtel-Familie.
Im nahen Infrarotlicht stieß auch Hubble mit scharfem Blick im immerhin rund 1.500 Lichtjahre fernen Orionnebel auf Braune Zwerge. Rund um das zentral gelegene Trapez, bestehend aus vier blauen Sterne, die dieser berühmten Gaswolke das Leuchten lehren, scharen sich etwa 300 weniger auffallende Jung-Sterne sowie auch Braune Zwerge. Im sichtbaren Licht reicht die Strahlung selbst für Hubble nicht aus, um auch nur die schwächste Spur auf dem Bild zu hinterlassen. Hier blockiert auch das umgebende Nebelgewölk eine klare Sicht. Mit der Nahinfrarot-Kamera und dem Multi-Objekt-Spektrometer konnte Hubble diese Schleier aber durchdringen und sich die Braunen Zwerge wie die Rosinen aus dem Kuchen picken. Später gelangen dann sogar mit erdgebundenen Teleskopen faszinierende Entdeckungen rund um diese superschwachen Objekte im Orionnebel. Eso-Astronomen arbeiteten am LaSilla-Observatorium und setzten den dortigen 3,5-Meter-Spiegel ein - das New Technology Telescope (NTT). Mit SOFI, einem wiederum im Infraroten empfindlichen Spezialdetektor, gelang ihnen die Entdeckung von Staubscheiben um Braune Zwerge.

Superplaneten und falsche Fährten

All diese Beobachtungen deuten offenbar auf eine engere Verwandtschaft zwischen Braunen Zwergen und gewöhnlichen Sternen hin. Sie sind in großer Zahl in gleichartigen Gebieten zu finden - in den ausgedehnten Geburtsstätten wie Rho Ophiuchi oder dem Orionnebel. Vor allem die NTT-Entdeckung zeigt, dass die unscheinbaren Lichter doch eher mit den Sternen als mit den Planeten verwandt sind, denn sie besitzen zum Teil Staubscheiben um sich. Immerhin strahlen sie auch ein eigenes Licht ab und halten zumindest über eine, wenn auch kurz andauernde Anfangsphase echte Kernprozesse aufrecht.

Gelegentlich werden diese offenbar »unterstellaren« Objekte aber nicht als verhinderte oder missglückte Sterne angesprochen, sondern auch als Superplaneten. Eine exakte Trennlinie lässt sich wohl nicht ziehen, doch der Übergang vom Braunen Zwerg zum noch kleineren Planeten wird bei ungefähr einem Prozent der Sonnenmasse angesetzt. Demnach gilt alles, was nicht mehr als zehn Jupiters wiegt, noch als richtiger Planet. Interessant: Je genauer die Astronomen beobachten können, desto mehr verfließen manchmal die Grenzen zwischen zwei Objekteklassen. Denn plötzlich tauchen die »missing links« auf, die bislang fehlenden Zwischenglieder.

Wissenschaftler der Universität von Kalifornien und der Nasa haben erst kürzlich verblüffende Schlussfolgerungen aus nicht weniger überraschenden Beobachtungen gezogen. Denn Braune Zwerge werden keineswegs stetig lichtschwächer, während sie auskühlen. Ab und an steigt ihre Helligkeit auch wieder. Die amerikanischen Forscher haben ein theoretisches Modell entworfen, das die beobachteten Eigenschaften zahlreicher Brauner Zwerge bisher am besten von allen bekannten Theorien erklären kann. Sie berechneten die Vorgänge in der Atmosphäre eines solchen Objektes. Was sich hier offenbart, erinnert tatsächlich an einen Superplaneten.
Adam Burgasser und sein Team gehen davon aus, dass dort Stürme in Wolkensystemen stattfinden, gegen die der Große Rote Fleck (GRF) des Jupiter geradezu verblasst. Zwar sind jene kleinsten aller Sterne schon wirklich »kühl« an ihren Oberflächen, dennoch reichen die Temperaturen aus, um Eisen und Silikat in gasförmigem Zustand zu halten. Wenn sich der Stern weiter abkühlt, finden dann Phasenübergänge statt. Wie der Wasserdampf in der Erdatmosphäre in Wasserdampf übergeht, um Wolken zu bilden und als Wasser herabzuregnen, so bilden die Eisengase auf den exotischen Braunen Zwergen kleine Kondenströpfchen. Auch diese Wolken lösen sich schnell auf, ein Eisenregen geht auf den »Superplaneten« nieder. Und wenn sich die Wolken öffnen, erleichtern sie den Infrarotblick auf das heißere Sterneninnere. Ergebnis: Die Helligkeit des Sternes steigt zeitweilig an.
Alles in allem dürften Braune Zwerge wirklich echte Grenzgänger zwischen Sternen und Planeten sein, von denen Forscher noch viel Neues erfahren können!

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