Wie unterscheidet man einen echten Stern von den stellaren Möchtegerns des Universums? Nach einem Jahrzehnt des Sammelns von Daten glaubt der Astronom Trent Dupuy, endlich eine Antwort gefunden zu haben.
Bei so vielen bekannten Objekten, die sich in diesem seltsamen Mittelfeld zwischen riesigen Planeten und winzigen Sternen befinden, haben sich die Wissenschaftler schwer getan, eine einfache Antwort zu finden. Dupuy bringt es auf den Punkt: Masse.
„Masse ist die wichtigste Eigenschaft von Sternen, denn sie bestimmt, wie ihr Leben verläuft“, erklärte Dupuy von der University of Texas in Austin auf der Sommertagung der American Astronomical Society Anfang dieses Monats.
Wir hier auf der Erde profitieren davon, denn unsere Sonne befindet sich in der stellaren Goldlöckchen-Zone – ihre Masse ist genau richtig, um die Kernfusion in ihrem Kern über Milliarden von Jahren aufrechtzuerhalten. Dies hat die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass sich das Leben auf unserem Planeten entwickeln und entfalten konnte.
Aber nicht alles in der Galaxie ist so schön und stabil. Massereichere Sterne verbrauchen ihren Kernbrennstoff schneller, sterben jung und erlöschen mit einem gewaltigen Knall in Form einer Supernova.
Weniger massereiche Objekte, wie braune Zwerge, sind wie stellare Zwergsterne, die mehr Masse als ein Planet besitzen, aber nicht genug Masse, um ein vollwertiger Stern zu sein.
Sie werden oft als gescheiterte Sterne bezeichnet und sind im gesamten Universum allgegenwärtig, aber ihr äußerst schwaches Leuchten macht es schwierig, diese Objekte zu untersuchen.
Erstmals vor 50 Jahren vermutet, helfen diese rätselhaften Objekte, die Lücke zwischen Sternen und Planeten zu schließen, aber erst in jüngerer Zeit begannen Astronomen, sie im Detail zu untersuchen.
„Wenn wir nachts nach oben schauen und die Sterne leuchten sehen, sehen wir nur einen Teil der Geschichte“, erklärt Dupuy.
„Nicht alles, was ein Stern sein könnte, ’schafft es‘, und herauszufinden, warum dieser Prozess manchmal scheitert, ist ebenso wichtig wie zu verstehen, wann er erfolgreich ist.“
Sterne wie die Sonne leuchten als Ergebnis von Kernreaktionen, die den Wasserstoffvorrat in ihren Kernen ständig in Helium umwandeln.
Diese Reaktionen bestimmen, wie hell ein Stern leuchtet – je heißer der Kern, desto intensiver die Reaktion und desto heller die Oberfläche des Sterns. Erwartungsgemäß sind weniger massereiche Sterne aufgrund ihres kühleren Kerns, in dem die Reaktionen langsamer ablaufen, dunkler.
Lassen Sie sich nicht vom Namen täuschen – braune Zwerge sind nicht immer braun. Diese Möchtegern-Sterne sind in Wirklichkeit rot, wenn sie entstehen, und werden dann schwarz, wenn sie im Laufe von Billionen von Jahren langsam verglühen.
Das liegt daran, dass Braune Zwerge, obwohl sie sogar die größten Planeten übertreffen, so wenig Masse haben, dass ihre Zentren nicht heiß genug sind, um Kernreaktionen zu ermöglichen.
In den 1960er Jahren stellten Astronomen die Theorie auf, dass es eine Massengrenze für die Kernfusion geben muss.
„Unterhalb dieser Grenze kann die Energie, die ständig ins All abgestrahlt wird, nicht wieder aufgefüllt werden“, erklärte Dupuy in seiner AAS-Sitzung. „Objekte mit einer bestimmten Masse unterhalb dieser Grenze würden einfach für immer abkühlen.“
Vorangegangene Studien der Sternentwicklung haben nahegelegt, dass die Grenze zwischen roten Zwergen (den kleinsten Sternen) und braunen Zwergen bei etwa 75 Jupitermassen (oder etwa 7-8 Prozent der Sonne) liegt. Aber bis jetzt wurde diese Messung nie direkt bestätigt.
Dupuy und Michael Lui von der University of Hawaii haben die letzten 10 Jahre damit verbracht, 31 binäre Paare Brauner Zwerge mit Hilfe der leistungsstärksten Teleskope der Erde – dem Keck-Observatorium und dem Canada-France-Hawaii-Teleskop – sowie mit Hilfe von Hubble zu untersuchen.
Dupuy und Liu haben durch die Analyse von Bildmaterial aus einem Jahrzehnt die erste große Studie über die Masse von Braunen Zwergen erstellt.
Dupuy zufolge muss ein Objekt das Äquivalent von 70 Jupitern wiegen, um die Kernfusion zu entfachen und zu einem Stern zu werden, was etwas weniger ist als bisher angenommen.
Das Duo stellte außerdem fest, dass es eine Temperaturgrenze gibt: Jedes Objekt, das kühler als 1.600 Kelvin (etwa 1.315 Grad Celsius und 2.400 Grad Fahrenheit) ist, wird als Brauner Zwerg eingestuft.
Die Studie wird Astronomen helfen, die Bedingungen besser zu verstehen, unter denen Sterne entstehen und sich entwickeln – oder im Fall von Braunen Zwergen scheitern.
Sie könnte auch neue Erkenntnisse über die Entstehung von Planeten liefern, da der Erfolg oder Misserfolg der Sternentstehung sich direkt auf die Sternsysteme auswirkt, die sie potenziell hervorbringen könnten.
Die Forschungsergebnisse werden in einer der nächsten Ausgaben des Astrophysical Journal Supplement veröffentlicht, ein Vorabdruck ist hier verfügbar.