Astronomie: Ein Brauner Zwerg, der heißer ist als die Sonne
In 1.400 Lichtjahren Entfernung befindet sich ein brauner Zwerg mit der Masse von 75 bis 88 Jupiterplaneten . Doch beeindruckender ist, dass diese Art von astronomischen Objekten einen Hitzerekord(öffnet im neuen Fenster) einfährt; sie ist fast 1,4-fach heißer als unsere Sonne.
Der Grund dafür ist eine enge Umlaufbahn um seinen Wirtsstern, einen weißen Zwerg namens WD0032-317B. Weiße Zwerge sind sehr kleine und kompakte Sterne mit einer geringen Leuchtkraft, trotz einer hohen Oberflächentemperatur. Diese Phase der Sternentwicklung stellt das Ende der meisten Sterne dar; sie sind das Überbleibsel eines roten Riesen , dessen Oberfläche bereits abgesprengt ist. Auch unsere Sonne soll dieses Schicksal ereilen und sich in etwa sechs Milliarden Jahren zum roten Riesen aufblähen.
Der massearme weiße Zwergstern WD0032-317B besitzt etwa 40 Prozent der Masse der Sonne und brennt bei Temperaturen um 37.000 Kelvin. Das entspricht ungefähr der sechsfachen Temperatur unserer Sonne. Eine Forschungsgruppe konnte den braunen Zwerg entdecken, da sie Wasserstoff nachweisen konnte. Dieser verdampft, weil sich der braune Zwerg so nah an seinem Wirtsstern befindet. Wenn dieser uns seine Tagseite zeigt, konnte das Team mithilfe eines Ultra-Violet-Visual Echelle Spectrograph (UVES) am Very Large Teleskop der Europäischen Südsternwarte Eso den braunen Zwerg identifizieren.
Die Mär von braunen Zwergen und roten Zwergsternen
Obwohl braune Zwerge in der Regel heißer sind als Planeten, brennen sie kühler als die kühlsten roten Zwergsterne - sie können mit den eigenen internen Fusionsmotoren absolut keine sonnenähnlichen Temperaturen erreichen.
Die Masse von roten Zwergsternen beträgt zwischen 7,5 Prozent und maximal 60 Prozent unserer Sonne (in manchen Definitionen sind es sogar maximal 40 Prozent der Sonnenmasse). Die Temperatur liegt zwischen 2.200 und 3.800 Grad Kelvin - unsere Sonne ist etwa 5.778 Kelvin heiß -, was auch erklärt, warum sie zu den leuchtschwachen Objekten im Universum gehören. Keiner von ihnen kann von der Erde aus mit bloßem Auge erkannt werden.
Braune Zwerge sind somit noch kälter - eigentlich. Die Temperatur von braunen Zwergen liegt grundlegend unter 1.800 bis 2.000 Kelvin. Bei schweren jungen braunen Zwergen kann die Oberflächentemperatur jedoch auch 2.900 Kelvin betragen. Kühlere Objekte dieser Klasse erreichen nicht einmal Temperaturen von 1.450 Kelvin. Es gibt noch extremere Beispiele: WISE 1828+2650 besitzt nur eine Oberflächentemperatur von 300 Kelvin, was 27 Grad Celsius entspricht.
Je weiter die Entwicklung eines solchen Objekts fortgeschritten ist, desto mehr nimmt dessen Leuchtkraft ab. Das liegt daran, dass die Fusionsprozesse bei der Energiefreisetzung nur eine untergeordnete Rolle spielen.
Der Radius entspricht etwa dem von Jupiter - der übrigens der einzig wahre Gasriese in unserem Sonnensystem sein soll. Je leichter der braune Zwerg, desto größer wird er. Die Masse kann bis zu etwa 80 Jupitermassen erreichen. Obwohl braune Zwerge kühler und kleiner sind als rote Zwerge, leuchten sie heller als diese. Messen kann man das aber nur im Infrarotbereich.
WD0032-317B: Der Ausreißer der braunen Zwerge
Beim braunen Zwerg im System von WD0032-317B sieht es anders aus; er befindet sich auf einer engen Umlaufbahn mit seinem sehr heißen Wirtsstern. Den umrundet der braune Zwerg in nur 2,3 Stunden, wodurch er richtig aufgeheizt wird. Dessen Temperatur liegt bei über 8.000 Kelvin (7.727 Grad Celsius). Damit ist er heiß genug, um die Moleküle in seiner Atmosphäre in deren zusammengesetzte Atome zu zerlegen - ein Prozess, der als thermische Dissoziation bezeichnet wird. Diese passiert bei Planeten mit einer sehr nahen Umlaufbahn um ihren Stern. Dadurch werden sie mit viel ultraviolettem Licht bestrahlt.
Der braune Zwerg im Sternensystem WD0032-317B ist ein Temperaturrekordbrecher und das heißeste Objekt seiner Art. Durch die enge Umlaufbahn ist er an Gezeiten gebunden. Das bedeutet, dass seine Tagseite ständig dem Stern zugewandt ist, während die andere Seite in ständiger Nacht verharrt. Während es auf der Nachtseite 1.300 bis 3.000 Kelvin warm ist, liegen die Temperaturen auf der Tagseite zwischen 7.250 und 9.800 Kelvin - ergibt immerhin eine Temperaturdifferenz von rund 6.000 Kelvin.
Damit ist er der bisher heißeste braune Zwerg im Universum. Seine Untersuchung kann dabei helfen, die Auswirkungen von extrem heißen Sterne auf ihre massearmen Begleiter besser zu verstehen.
Zur Studie
Die Studie wurde am 14. August 2023 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht: An irradiated-Jupiter analogue hotter than the Sun(öffnet im neuen Fenster) (engl. Ein bestrahltes Jupiter-Analogon, heißer als die Sonne).