Der bescheidene Braune Zwerg

Autor: Du Lian

Audit│Huang Jian

Herausgeber: Zhao Jingyuan

Es gibt im Universum eine besondere Klasse unauffälliger Himmelskörper. Die Masse dieser Himmelskörper liegt zwischen den schwersten Gasriesen und den leichtesten Sternen und entspricht etwa dem 13- bis 80-fachen der Masse des Jupiters. Aufgrund ihrer geringen Masse reichen diese Himmelskörper nicht aus, um eine Wasserstoff-Helium-Kernfusion durchzuführen (eine Deuterium-, Tritium- und Lithium-Kernfusion ist möglich, eine Wasserstoff-Protium-Fusion kann jedoch nicht eingeleitet werden), sodass sie nicht als Sterne im eigentlichen Sinne gelten können. Diese Art substellarer Objekte wird als gescheiterter Stern bezeichnet. Im Jahr 1975 schlug die amerikanische Astronomin Jill Tarter vor, diese Art von Himmelskörpern „Brauner Zwerg“ zu nennen. Dies ist heute die anerkannte Bezeichnung für diese Art von Himmelskörpern. Es ist erwähnenswert, dass die Art von Objekten unterhalb dieses Massenbereichs, die nichts umkreisen, als subbraune Zwerge bezeichnet werden, manchmal auch als Schurkenplaneten.

Künstlerische Konzeptkarte Brauner Zwerg (Bildquelle: NASA)

Der Entdeckungsprozess der Braunen Zwerge war sehr langwierig und mühsam. Aufgrund der geringen Helligkeit und der schwierigen Beobachtung von Braunen Zwergen waren sie lange Zeit nur ein theoretisch existierender Himmelskörpertyp, und niemand konnte die Frage beantworten, ob dieser Himmelskörpertyp tatsächlich existiert. Im Jahr 1963 sagte der amerikanische Astronom Shiv S. Kumar erstmals theoretisch die Existenz Brauner Zwerge voraus. Anschließend führten viele Astronomen über einen Zeitraum von mehr als 30 Jahren unzählige Suchvorgänge durch, fanden jedoch nichts. Es war, als würden Braune Zwerge tief im Universum verborgen mit Astronomen Verstecken spielen. Der Wendepunkt kam 1995. Auf dem Symposium „Kalte Sterne, Sternensysteme und die Sonne“ an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich gab eine Gruppe von Astronomen bekannt, dass sie den Braunen Zwerg Gliese 229B entdeckt hätten, dessen Spektrum Methan und Lithium enthielt, dessen Oberflächentemperatur weniger als 1000 K betrug und dessen Masse 20 bis 50 Mal so groß war wie die des Jupiters. Diese Merkmale deuteten darauf hin, dass es sich nicht um einen Stern handelte. Aufgrund der verschiedenen Eigenschaften von Gliese 229B galt das Objekt als einer der am frühesten entdeckten Braunen Zwerge (eine andere Gruppe von Astronomen entdeckte fast zeitgleich einen weiteren Braunen Zwerg, Taide 1). Ende November und Anfang Dezember desselben Jahres wurden entsprechende Artikel in Nature und Science veröffentlicht. 1995 schien das Jahr zu sein, das die Tür zu den Verstecken der Braunen Zwerge öffnete. In den darauffolgenden Jahren begannen mit der Weiterentwicklung der Einrichtungen zur Himmelsdurchmusterung viele Teleskope auf der ganzen Welt mit der Suche nach Braunen Zwergen. Nach und nach wurden weitere Braune Zwerge entdeckt und den Menschen wurde allmählich klar, dass diese Art von Himmelskörpern möglicherweise nicht selten ist.

Bilder von GL229B vom Palomar Mountain Observatory und dem Hubble-Weltraumteleskop (Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA)

Die Spektraltypen der häufig vorkommenden Sterne sind O, B, A, F, G, K und M. Nach der Entdeckung von Sternen und Braunen Zwergen mit niedrigeren Temperaturen erweiterten die Astronomen die Spektraltypen auf den Niedertemperaturbereich und fügten drei Spektraltypen hinzu: L, T und Y. Unter den erweiterten Spektraltypen sind einige späte M-Zwerge, die meisten L-Zwerge, alle T-Zwerge und alle entdeckten Y-Zwerge Braune Zwerge. Die Oberflächentemperaturen von Braunen Zwergen vom M-Typ und L-Typ sind relativ hoch und ihre Spektren ähneln denen von Sternen vom M-Typ. die Oberflächentemperatur von Braunen Zwergen vom Typ T ist relativ gemäßigt und ihre Spektren ähneln denen von Riesenplaneten; Die Oberflächentemperatur von Braunen Zwergen vom Typ Y ist relativ niedrig und sie sind der kälteste bekannte Spektraltyp von Braunen Zwergen.

Vergleichstabelle von Sternen, Roten Zwergen, Braunen Zwergen und Planeten (Bild aus Wikipedia)

Die Entdeckung Brauner Zwerge macht den Menschen die Komplexität des Universums bewusst. Die Forschung an Braunen Zwergen hilft uns, die Entwicklung des Universums, die Sternentstehung usw. zu verstehen. Allerdings sind der Entstehungsmechanismus, die innere Struktur und die physikalischen Eigenschaften Brauner Zwerge noch immer voller Geheimnisse und die Wissenschaftler müssen mehr Energie in die Forschung stecken.

Verweise

(1) Linda Schweitzer, Ein Jahrhundert kosmischer Erforschung: Wie Astronomen unser Verständnis veränderten, übersetzt von Qu Yan, China Radio, Film and Television Publishing House, Mai 2022

(2) Zhang Changxi, Auf der Suche nach Braunen Zwergen, Astronomie-Enthusiasten, Ausgabe 7, 2021

(3) Grady Robbins et al., CWISE J105512.11+544328.3: Ein nahegelegener Y-Zwerg, spektroskopisch mit Keck/NIRES bestätigt, The Astrophysical Journal, 2023.11

(4) SK Leggett et al., Die ersten Y-Zwergdaten vom JWST zeigen, dass dynamische und diabatische Prozesse die Atmosphären kalter Brauner Zwerge regulieren, The Astrophysical Journal, 2023.12

(5) Was ist ein Brauner Zwerg?, NASA Star Child, https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question62.html

(6) Wang Youfen, Shao Zhengyi. Beobachtungsmerkmale und Suche nach Braunen Zwergen[J]. Fortschritte in der Astronomie, 2013(1):17-36.

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