Ein einsames Paar Gasriesen, die nie zur Sonne werden konnten

Sternentstehungsprozesse lassen manchmal astronomische Objekte entstehen, die als Braune Zwerge bezeichnet werden. Sie sind kleiner und kälter als Sterne und können in den extremsten Fällen Massen und Temperaturen bis hinunter zu denen von Exoplaneten haben. Genau wie Sterne wandern Braune Zwerge oft allein durch den Weltraum, können aber auch in Doppelsternsystemen auftreten, in denen zwei Braune Zwerge einander umkreisen und gemeinsam in der Galaxie unterwegs sind.

Forscher um Clémence Fontanive vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern entdeckten jetzt ein kurioses sternloses Doppelsystem aus Braunen Zwergen. Das System CFHTWIR-Oph 98 (oder kurz Oph 98) besteht aus den beiden sehr massearmen Objekten Oph 98 A und Oph 98 B. Es befindet sich 450 Lichtjahre von der Erde entfernt. Überrascht waren die Forscher von der Tatsache, dass sich Oph 98 A und B in einem auffallend großen Abstand umkreisen, etwa dem 5-fachen Abstand zwischen Pluto und der Sonne (200 AE). Die Studie wurde in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

Das Paar ist ein seltenes Beispiel für zwei Objekte, die in vielen Aspekten extrasolaren Riesenplaneten ähneln und ohne einen Mutterstern umeinander kreisen. Die massereichere Komponente, Oph 98 A, ist ein junger Brauner Zwerg mit der 15-fachen Masse des Jupiters, was fast genau auf der Grenze zwischen Braunen Zwergen und Planeten liegt. Sein Begleiter, Oph 98 B, ist nur 8-mal so schwer wie Jupiter.

Die Komponenten von Doppelsternsystemen sind durch eine unsichtbare Verbindung verbunden, die Gravitationsbindungsenergie genannt wird, und diese Bindung wird stärker, je massereicher die Objekte sind oder je näher sie sich einander befinden. Mit extrem geringen Massen und einem sehr großen Abstand hat Oph 98 die schwächste Bindungsenergie aller bisher bekannten Doppelsternsysteme.

Clémence Fontanive und ihre Kollegen entdeckten den Begleiter von Oph 98 A mithilfe von Bildern des Weltraumteleskops Hubble. Fontanive erklärt: “Massenarme Braune Zwerge sind sehr kalt und geben nur sehr wenig Licht ab, nur durch infrarote Wärmestrahlung. Diese Wärmestrahlung ist extrem schwach und rot, und braune Zwerge sind daher nur im Infrarotlicht sichtbar.” Außerdem ist der Sternverband, in dem sich der Doppelgänger befindet, Ophiuchus, in eine dichte, staubige Wolke eingebettet, die das sichtbare Licht streut. “Infrarotbeobachtungen sind die einzige Möglichkeit, durch diesen Staub hindurchzusehen”, sagt die leitende Forscherin. “Um ein System wie Oph 98 aufzuspüren, braucht man außerdem eine Kamera mit einer sehr hohen Auflösung, denn der Winkel, der Oph 98 A und B trennt, ist tausendmal kleiner als die Größe des Mondes am Himmel”, fügt sie hinzu. Das Hubble-Weltraumteleskop gehört zu den wenigen Teleskopen, die in der Lage sind, so lichtschwache Objekte wie diese Braunen Zwerge zu beobachten, und die in der Lage sind, solch enge Winkel aufzulösen.

Da Braune Zwerge kalt genug sind, bildet sich in ihren Atmosphären Wasserdampf, der markante Merkmale im Infraroten erzeugt, die üblicherweise zur Identifizierung von Braunen Zwergen verwendet werden. Diese Wassersignaturen sind jedoch von der Erdoberfläche aus nicht leicht zu erkennen. Mit Hubble, das sich oberhalb der Atmosphäre im Vakuum des Weltraums befindet, kann die Existenz von Wasserdampf in astronomischen Objekten untersucht werden. Fontanive erklärt: “Beide Objekte sahen sehr rot aus und zeigten deutliche Anzeichen von Wassermolekülen. Dies bestätigte sofort, dass die schwache Quelle, die wir neben Oph 98 A sahen, sehr wahrscheinlich ebenfalls ein kalter Brauner Zwerg war und nicht ein zufälliger Stern, der zufällig mit dem Braunen Zwerg am Himmel ausgerichtet war.”

Das Doppelsternsystem Oph 98 bildete sich vor nur 3 Millionen Jahren in der nahe gelegenen stellaren Kinderstube Ophiuchus, was es in astronomischen Zeitskalen zu einem Neugeborenen macht. Das Systems ist damit viel jünger als die typische Zeit, die zur Bildung von Planeten benötigt wird. Braune Zwerge wie Oph 98 A werden durch die gleichen Mechanismen wie Sterne gebildet. Obwohl Oph 98 B die richtige Größe für einen Planeten hat, ist der Wirt Oph 98 A zu klein, um ein ausreichend großes Materialreservoir für die Bildung eines so großen Planeten zu haben. “Das sagt uns, dass Oph 98 B, wie sein Wirt, durch die gleichen Mechanismen entstanden sein muss, die Sterne erzeugen, und zeigt, dass die Prozesse, die Doppelsterne erzeugen, in verkleinerten Versionen bis hinunter zu diesen Planetenmassen funktionieren”, kommentiert Fontanive.

Künstlerische Darstellung der beiden Braunen Zwerge, im Vordergrund Oph 98B in lila, im Hintergrund Oph 98A in rot. Oph 98A ist der massereichere und damit leuchtstärkere und heißere der beiden. Die beiden Objekte sind von der Molekülwolke umgeben, in der sie entstanden sind. (Bild: © Universität Bern, Illustration: Thibaut Roger)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.