Wolkenbänder auf nahem Braunen Zwerg nachgewiesen

Sturmbänder wie auf dem Jupiter: Astronomen haben erstmals beobachtet, wie die Wolken auf zwei nur 6,5 Lichtjahre entfernten Brauen Zwergen aussehen – und überraschende Unterschiede entdeckt. Obwohl sich beide auf den ersten Blick ähneln wie Zwillinge, hat Luhman 16B diffuse, unregelmäßige Wolken, während sein Partner Luhman 16A zwei deutliche, stabile Wolkenbänder zeigt. Seine Atmosphäre ähnelt damit auffallend der des Gasriesen Jupiter.

Nach Proxima und Alpha Centauri sowie Barnards Stern sind sie unsere nächsten Nachbarn im All: Nur rund 6,5 Lichtjahre entfernt von uns umkreisen sich zwei Braune Zwerge, Luhman 16A und B. Als „gescheiterte“ Sterne sind sie mit rund 30 Jupitermassen zwar größer als die meisten Planeten, dennoch reicht ihre Masse nicht aus, um eine anhaltende Kernfusion zu zünden. Deshalb sind sie nur rund 1.000 Grad warm und in mancher Hinsicht einem Gasplaneten durchaus ähnlich.

Das gilt auch für die Atmosphäre der Braunen Zwerge: Bei einigen dieser Himmelskörper haben Astronomen Wolken aus Ammoniak, Wassereis und Silikaten nachgewiesen – ähnlich wie es sie auch auf dem Jupiter gibt.

Polarisation als Wolkenmesser

Doch wie sieht es mit der Atmosphäre unserer beiden Nachbar-Zwerge aus? Das haben Forscher um Maxwell Millar-Blanchaer vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA nun näher untersucht. Dafür analysierten sie das schwache Licht von Luhman 16A und B erstmals mit einem Polarimeter – einem Instrument, das die verschiedenen Schwingungsrichtungen des Lichts sichtbar machen kann. Diese Polarisation kann verraten, welche Wolken es auf einem Himmelskörper gibt.

Wenn die Strahlung aus dem Inneren der Braunen Zwerge durch ihre Wolkenschicht nach außen dringt, streuen die Wolkenpartikel das Licht und verändern dabei auch seine Polarisation auf charakteristische Weise. „Wir haben daher unsere Beobachtungen mit verschiedene Modellen verglichen: Braune Zwerge mit durchgehenden Wolkendecken, mit Wolkenbändern oder auch besonders schnell rotierenden Zwerge“, erklärt Koautorin Theodora Karalidi von der University of Central Florida.

Einer hat Bänder, der andere nicht

Das überraschende Ergebnis: Obwohl die beiden Braunen Zwerge auf den ersten Blick wie Zwillinge scheinen, sind ihre Wolken sehr unterschiedlich. Luhman 16B besitzt eine sehr lückenhafte, fleckige Wolkendecke, die im Infrarotlicht als unregelmäßiges Hell-Dunkel-Muster erkennbar ist. Ganz anders dagegen Luhman 16A: Seine Atmosphäre erscheint im Infrarot als gleichmäßig helle Fläche und ließ in früheren Beobachtungen keine Strukturen erkennen.

Doch das Polarimeter enthüllt nun: Auf Luhman 16A gibt es mindestens zwei klar voneinander abgegrenzte Wolkenbänder. Ähnlich wie beim Gasriesen Jupiter in unserem Sonnensystem ziehen sich diese Sturmbänder um den Himmelskörper herum und behalten dabei ihre Form. „Die Polarimetrie ist die einzige Technik, mit der wir solche Bänder detektieren können, die nicht in ihrer Helligkeit fluktuieren“, erklärt Millar-Blanchaer.

Den Gasriesen sehr ähnlich

Nach Ansicht der Astronomen belegt dies, dass Braune Zwerge auch in Bezug auf ihre Wolkendecke den großen Gasplaneten sehr ähnlich sein können. Denn zumindest Luhman 16A besitzt Sturmbänder und atmosphärischen Bedingungen, die an den Jupiter erinnern. „Wir vermuten, dass es in diesen Stürmen Silikate und Ammoniak regnet – dort herrscht demnach ziemlich mieses Wetter“, sagt Koautor Julien Girard vom Space Telescope Science Institute in Baltimore.

Gleichzeitig stützen die neuen Beobachtungen die Vermutung, dass solche Wolkenbänder auf vielen Braunen Zwergen vorkommen könnten – wenn sie nicht sogar typisch für solche Beinahe-Sterne sind. Astrophysikalischen Modellen zufolge durchlaufen Braune Zwerge mit zunehmendem Alter und kühler werdenden Oberflächen mehrere Stadien der Wolkenentwicklung. Am Übergang vom sogenannten L-Typ zum kalten T-Typ könnten demnach gebänderten Wolken sogar die Regel sein.

Nutzbar auch für Exoplaneten

Die Polarimetrie kann aber nicht nur Einblicke in die Wolkendecken Brauner Zwerge liefern, auch die Exoplaneten lassen sich damit genau „unter die Lupe“ nehmen. „Dies ist das erste Mal, dass die Polarimetrie zur Beobachtung von Wolken außerhalb unseres Sonnensystems eingesetzt worden ist“, sagt Millar-Blanchaer. „Der Erfolg bei Luhman 16 bestätigte nun, dass diese Methode sehr sensibel für Wolkeneigenschaften sei – sowohl auf Braunen Zwergen wie auf Exoplaneten. (The Astrophysical Journal, 2020; doi: 10.3847/1538-4357/ab6ef2)

Quelle: NASA, Caltech