34 Braune Zwerge mit Partner aufgespürt

34 auf einen Streich: Astronomen haben einen ganzen Schwung Brauner Zwerge in der Nachbarschaft unseres Sonnensystems aufgespürt. Diese 34 „gescheiterten Sterne“ sind alle Teil von Doppelsternsystemen und gehören damit zu einer bisher nur selten gefundenen Art Brauner Zwerge. Ihre Beobachtung kann neue Aufschlüsse darüber geben, wie diese Grenzgänger zwischen Stern und Planet entstehen. Mit den 34 Neuentdeckungen hat sich die Zahl von Doppelsystemen mit Braunen Zwerge in Sonnennähe fast verdoppelt.

Braune Zwerge sind Grenzgänger zwischen Sternen und Planeten. Sie entstehen, wenn die Masse eines Protosterns nicht ganz ausreicht, um in seinem Inneren die Wasserstoff-Kernfusion zu zünden. Dadurch glimmen Braune Zwerge nur schwach vor sich hin und können sogar eiskalt und wolkenreich sein. In der nahen Umgebung unseres Sonnensystems haben Astronomen schon mehrere dieser „gescheiterten Sterne“ entdeckt, in der gesamten Milchstraße könnte es Schätzungen zufolge sogar 100 Milliarden Braune Zwerge geben.

Besonders spannend für die Astronomie sind die kühlsten und kleinsten Vertreter der Braunen Zwerge. Sie können verraten, auf welche Weise solche Grenzgänger zustande kommen und wo genau die Grenze zwischen Planet und Stern verläuft.

Fahndung unter 3,9 Milliarden Himmelskörpern

Doch gerade diese kleinen, kühlen Braunen Zwerge sind besonders schwer aufzuspüren – es sei denn, sie sind Teil eines Doppelsternsystems. „Dann kann man ihre Merkmale aus der Untersuchung des Partnersterns schließen, weil beide wahrscheinlich zur selben Zeit, aus demselben Material und in derselben Umgebung entstanden sind“, erklären Frank Kiwy vom Citizen-Science-Projekt „Backyard Worlds: Planet 9“ und seine Kollegen. Zudem können solche Doppelsysteme Aufschluss darüber geben, wie häufig gescheiterte Sterne in Mehrfachsystemen sind.

Für ihre Studie haben die Astronomen deshalb in einer der größten Datensammlungen kosmischer Objekte noch einmal gezielt nach Braunen Zwergen mit stellaren Begleitern gefahndet. Dafür suchten die Forschenden in dem 3,9 Milliarden Objekte umfassenden NOIRLab Source Catalog DR2 (NSC DR2) nach Himmelskörpern, deren Lichtspektrum zu einem Braunen Zwerg passt und nahmen dann diejenigen in die engere Wahl, die sich gemeinsam mit einem oder mehreren anderen Objekten durch den Himmel bewegten.

Zwergsterne und Sternenreste als Partner

Mit Erfolg: Das Team spürte rund 2.500 Kandidaten für ultrakühle Braune Zwerge auf. Bei 34 davon fanden sich Hinweise auf stellare Begleiter. Nach Angaben der Astronomens liegen diese neu entdeckten Doppelsysteme zwischen 100 und knapp 900 Lichtjahre von uns entfernt und damit in der weiteren Nachbarschaft unserer Sonne. Die Zahl der in diesem Bereich bekannten Braunen Zwerge in Doppelsternsystem hat sich damit nahezu verdoppelt.

Nähere Untersuchungen ergaben, dass die meisten dieser „verpaarten“ Braunen Zwerge einen ebenfalls eher massearmen Stern als Partner aufweisen, oft sind es Rote Zwerge. Bei drei dieser Doppelsysteme ist auch der Partnerstern so klein, dass die Gesamtmasse unter 0,2 Sonnenmassen liegt, wie die Astronomen berichten. Sechs der Braunen Zwerge teilen sich ein System mit einem ausgebrannten Sternenrest in Form eines kühlen, alten Weißen Zwergs. Diese Systeme sind ersten Schätzungen zufolge schon mehr als sieben Milliarden Jahre alt.

Drei der neuentdeckten Systeme könnten sogar aus drei Komponenten bestehen: Die Bewegungen der Himmelskörper deuten darauf hin, dass diese Braunen Zwerge um einen engen Doppelstern kreisen.

Wie ein Stern oder wie ein Gasriese?

Nach Ansicht der Astronomen eröffnen diese Funde nun weitere Chancen, die Eigenschaften und Entstehung der Braunen Zwerge näher zu erforschen. Denn bisher ist unklar, ob Braune Zwerge wie normale Sterne durch den Kollaps von kalten, dichten Gaswolken entstehen oder ob sie ähnlich wie Gasplaneten in der protoplanetaren Scheibe eines Begleitsterns gebildet werden. Einen solchen Fall könnten Astronomen kürzlich um den rund 150 Lichtjahre entfernten Stern ν Ophiuchi entdeckt haben. Er wird von zwei Braunen Zwergen umkreist, die wie Planeten entstanden sein könnten.

„Die neuentdeckten Systeme können mehr über die Bildung und Entwicklung von massearmen Sternensystemen verraten und auch zur Charakterisierung von ultrakühlen substellaren Objekten beitragen“, konstatieren Kiwy und seine Kollegen. (The Astronomical Journal, accepted; doi: 10.48550/arXiv.2204.09739)

Quelle: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab)