„Kannibalismus“ macht Stern zum Braunen Zwerg

Astronomen haben ein Zwei-Sterne-System mit einer turbulenten Vergangenheit entdeckt: Zwei Sterne umkreisen sich darin so nah, dass Kräfte des Heimatsterns seinem Begleiter über Milliarden Jahre hinweg stetig Masse entzogen haben. Durch diesen Masseverlust ist aus dem ehemaligen Begleitstern ein Brauner Zwerg geworden. Wie Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten, liefere das Duo auch Hinweise auf die Eigenschaften sogenannter Hot Jupiter – Exoplaneten, die ihren Stern ebenfalls in sehr geringer Distanz umkreisen.

Die meisten Braunen Zwerge sind „verhinderte“ Sterne: Sie ähneln in ihrer Zusammensetzung zwar Sternen, aber ihre Masse ist zu gering, um in ihrem Inneren die Kernfusion in Gang zu bringen. Als Folge fehlt ihnen die Energiequelle, die Sterne zum Leuchten bringt. Sie verlieren daher im Laufe der Zeit ihre Anfangshitze und scheinen nur schwach im Infrarot.

Ob ein hell leuchtender Stern entsteht oder nur ein solcher Fast-Stern, entscheidet sich in der Regel schon bei der Geburt der Himmelskörper. Doch Astronomen sind nun auf einen Braunen Zwerg gestoßen, der wahrscheinlich als vollwertiger Stern geboren wurde – aber über einen Zeitraum von mehreren Milliarden Jahren etwa 90 Prozent seiner ursprünglichen Masse eingebüßt hat. Schuld an dieser außergewöhnlichen Transformation ist: stellarer Kannibalismus.

Stern verschlingt Stern

So zumindest bezeichnen es die Forscher um Juan Hernández Santisteban von der University of Southampton. Sie haben ein 730 Lichtjahre entferntes System namens J1433 entdeckt, in dem ein Brauner Zwerg extrem nah um einen Weißen Zwerg kreist, einen alten, vormals sonnenähnlichen Stern.

Doch wie ist dieses eng verbundene Duo entstanden? Wenn ein sonnenähnlicher Stern altert, dehnt sich sein Äußeres zunächst gewaltig aus, bevor er schließlich zu einem Weißen Zwerg schrumpft, der sich langsam abkühlt. Bei diesem Ausdehnungsprozess kann der Stern in geringer Entfernung kreisende Objekte sozusagen verschlingen: Nahe kreisende Begleiter des zum Riesen gewordenen Sterns bewegen sich nun durch seine äußeren Schichten – dabei entstehen Kräfte, die den Begleiter immer weiter nach innen ziehen.

Masseverlust durch zu viel Nähe

Der Weiße Zwerg (rechts) entzieht seinem Begleiter Masse © Rene Breton, University of Manchester

Am Ende dieses Prozesses ist die Umlaufbahn des Sternenbegleiters oftmals so geschrumpft, dass sich die beiden Objekte fast berühren. Das ist auch bei J1433 der Fall: Der Braune Zwerg braucht nur 78 Minuten, um seinen Stern einmal ganz zu umrunden. „Die extreme Nähe sorgt dafür, dass die Gravitationskräfte des Sterns seinen Begleiter verformen und ihm Masse entziehen“, erklären die Forscher. Auf diese Weise sei aus einem Stern im Laufe der Zeit ein Objekt von geringerer Masse entstanden: ein Brauner Zwerg.

„Wenn der Begleitstern in einem Zwei-Sterne-System diesen extremen Wandel eines alternden Sterns überleben kann, dann müssten Braune Zwerge in solchen binären Systemen häufig vorkommen“, sagen die Wissenschaftler. „Trotz intensiver Suche wurden bisher jedoch nur wenige Hinweise auf potenzielle Braune Zwerg-Begleiter entdeckt. Unsere Ergebnisse bestätigen nun, dass sich ein Stern tatsächlich in einen Braunen Zwerg verwandeln kann.“

Extreme Temperaturunterschiede

Santisteban und seine Kollegen konnten mithilfe des Very Large Telescope im Paranal Observatorium der ESO in Chile auch die Eigenschaften des zum Braunen Zwerg geschrumpften Objekts genauer untersuchen. Das Teleskop ist in der Lage, Objekte im All simultan in verschiedenen Wellenlängen ins Visier zu nehmen – vom ultravioletten bis in den infraroten Bereich.

Weil der vergleichsweise heiße Weiße Zwerg hauptsächlich ultraviolette Strahlung entsendet und der kühlere Braune Zwerg vorwiegend im Infrarot scheint, kann man die beiden Objekte auf diese Weise trotz ihrer Nähe auf den Aufnahmen unterscheiden.

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass die Oberflächentemperatur des Braunen Zwergs nicht einheitlich ist. Denn der blasse Fast-Stern wird von dem weißen Zwerg stark bestrahlt. So ist die dem Stern zugewandte Seite des Braunen Zwergs stets heißer als die Nachtseite, die von dem Stern weg zeigt: Die heißeste Region der Tagesseite des Braunen Zwergs ist 200 Grad Celsius wärmer als die kälteste Stelle seiner Nachtseite.

Vergleichsmodell für Heiße Jupiter

Den Wissenschaftlern zufolge bieten diese Ergebnisse die Chance, auch die atmosphärischen Eigenschaften von sogenannten heißen Jupitern zu erforschen. Diese Exoplaneten umkreisen ihren Stern so nah, dass sie von ihm – ähnlich wie der Braune Zwerg von seinem Weißen Zwerg – extrem bestrahlt werden.

Allerdings ist ein heißer Jupiter für Astronomen schwer zu erfassen, wie die Forscher berichten: „Er ist im Infrarot viel schwächer als sein Heimatstern, sodass seine Signale förmlich zwischen denen des Sterns verschwinden. Das macht eine Beobachtung schwierig.“

Der Braune Zwerg im J1433-System hingegen überstrahlt seinen Heimatstern im Infrarot, seine Atmosphäre kann auf diese Weise leichter beobachtet werden. „In Systemen wie J1433 können wir deshalb auch Hinweise darauf finden, wie sich die Strahlung von Heimatsternen auf in extremer Nähe kreisende Objekte wie einen heißen Jupiter auswirken könnte“, schließen die Wissenschaftler. (Nature, 2016; doi: 10.1038/nature17952)

(University of Southampton, Nature, 19.05.2016 – DAL)