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Braune Zwerge

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image Brauner Zwerg aufgenommen vom Hubble Weltraumteleskop (c) NASA

Braune Zwerge sind aufgrund der quantenmechanischen Entartung der Elektronen, kompakte astronomische Objekte von mindestens 13 Jupitermassen (Obergrenze 75 Jupitermassen), die eine Sonderstellung zwischen einem Stern und einem Planeten bilden. Sie werden auch als „failed stars“ bezeichnet, da ihre Masse nicht ausreicht, um im inneren Wasserstoff in Helium zu fusionieren und damit die für Sterne typische Kernfusion nicht stattfindet. Deshalb besitzen sie auch nur eine geringe Leuchtkraft.

Damit eine Wasserstofffusion in einem Stern zünden kann, bedarf es einer Kerntemperatur von mindestens 3 Millionen Kelvin, doch sind in einem Braunen Zwerg die Drücke, aufgrund der wesentlich geringeren Masse gegenüber einem Stern, nicht ausreichend um diese Temperatur zu erreichen. Dennoch finden auch in einem Braunen Zwerg Fusionsprozesse statt. Da bei einem Objekt von 13 Jupitermassen ein Deuteriumkern und ein Proton zu einem Heliumkern verschmelzen, nennt man dies auch Deuteriumfusion. Und ab 65 Jupitermassen kommt es zu einer Lithiumfusion, bei der ein Lithiumkern (Li7) mit einem Proton reagiert, weshalb massereiche Braune Zwerge aufgrund ihrer Lithiumvorkommen leichter aufzuspüren sind, da massearme Sterne in denen die Wasserstofffusion stattfindet, schnell ihren Lithiumvorrat aufgebraucht haben.

Dennoch gibt es auch Sonderfälle, die gegen die oben genannten Kriterien verstoßen, da Objekte entdeckt wurden, die zwar weniger als 13 Jupitermassen besitzen, doch mehr Ähnlichkeit mit einem Braunen Zwerg als mit einem Gasplaneten haben. Entscheidend hierbei scheint zu sein, ob ein Brauner Zwerg teil eines Sonnensystems ist oder alleine für sich steht.

Braune Zwerge scheinen nach dem gegenwärtigen Forschungsstand auf verschiedene Weisen zu entstehen:

Sie werden entweder nach denselben Mechanismen aus einer Gaswolke gebildet wie die Sterne auch, mit dem einzigen Unterschied, dass die Masse des entstehenden Körpers nicht zur Wasserstofffusion ausreicht. Oder sie bilden sich, wie die Planeten auch, aus einer protoplanetaren Scheibe und werden nicht selten in einem späteren Entwicklungsstadium aus dem Planetensystem herausgeschleudert.

Man ist sich sicher, dass bei ihnen kein Materietransport vom Kern zur Oberfläche stattfindet und das sie keinen schalenartigen Aufbau, wie sonnenähnliche Sterne, besitzen, tatsächlich glaubt man, das sie eine den Gasriesen ähnliche Atmosphäre beherbergen.

Weitere Besonderheiten von Braunen Zwerg sind, das sie ungefähr den Radius des Planeten Jupiter haben und die leichteren Braunen Zwerge einen größeren Durchmesser besitzen als die schwereren. Außerdem können ältere, kühlere Braune Zwerge, anders als Sterne, über einen längeren Zeitraum größere Mengen Methan beherbergen (Wie auch Gliese 229B gezeigt hat).

Geschichte

1960 stellte man erstmals Überlegungen an, dass beim Entstehungsprozess der Sterne auch Objekte entstehen könnten, die aufgrund ihrer niedrigen Masse nicht die zur Wasserstofffusion erforderliche Temperatur erreichen und das es möglich sein müsste solche Objekte im Infrarotbereich aufzuspüren. Der Name Brauner Zwerg wurde erst später vorgeschlagen und zunächst hielt man auch den Begriff Schwarzer Zwerg für angebracht, wobei heutzutage allerdings Schwarze Zwerge einen ausgebrannten Weißen Zwerg beschreiben.

Der Name Brauner Zwerg ist zwar im eigentlichen Sinne nicht richtig, da auch sie rot erscheinen, aber der Begriff Roter Zwerg war schon für die leichtesten Sterne vergeben.

Seit den 1980er Jahren wurden verschiedene Anläufe unternommen, diese hypothetischen Körper zu finden, aber erst 1995 wurde mit Gliese 229B (GL229B) der erste Braune Zwerg mit dem 1.5 m Spiegelteleskop des Palomar Observatory zweifelsfrei nachgewiesen und mit dem Hubble Weltraumteleskop bestätigt. Gliese 229 ist 19 Lichtjahre von der Erde entfernt und beherbergt neben dem Braunen Zwerg auch einen Roten Zwerg.

Der erste Flare eines Braunen Zwergs, vergleichbar mit einer kleinen Sonneneruption, doch milliardenfach stärker als vergleichbare Ereignisse auf Jupiter, wurden in 16 Lichtjahren Entfernung durch das Chandra Röntgenstrahlen Observatorium im Juli 2000 aufgezeichnet. Auslöser war wahrscheinlich ein verdrehtes Magnetfeld und dies war auch der erste Hinweis, dass Braune Zwerge überhaupt ein Magnetfeld besitzen.  

In den letzten Jahren wurden mehrere hundert weitere Braune Zwerge aufgespürt, wobei zur Überraschung der Astronomen in nur 11,8 Lichtjahren Entfernung der sonnennächste Braune Zwerg im Epsilon Indi B-Doppelsystem entdeckt wurde.

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