Die galaktische Ebene, gesehen durch Infrarotaugen. (NASA/JPL-Caltech/UCLA) Im großen, weiten Universum gibt es viele Arten von Sternen. Wir haben ein ganzes System zur Kategorisierung nach Temperatur, Größe und Helligkeit.
Dennoch deutet ein kürzlich entdecktes Objekt darauf hin, dass wir noch lange nicht alles wissen.
Es trägt den Spitznamen „Der Unfall“ und ist eine Art Objekt, das Braune Zwerge genannt wird, auch bekannt als „gescheiterte Sterne“. Aber er ist anders als alle Braunen Zwerge, die wir je zuvor gesehen haben, mit einem verwirrenden Spektrum – was darauf hindeutet, dass er fast so alt sein könnte wie das Universum.
Da alle anderen bisher entdeckten Braunen Zwerge erheblich jünger sind, bedeutet dies, dass es dort draußen eine ganze Population sehr alter Brauner Zwerge geben könnte, die wir einfach nicht entdeckt haben, weil sie nicht so aussehen, wie wir es erwarten.
„Dieses Objekt hat alle unsere Erwartungen übertroffen“ sagte der Astrophysiker Davy Kirkpatrick von Caltech.
Braune Zwerge den Raum besetzen zwischen den massereichsten Planeten und den kleinsten Sternen, die sich nach dem gleichen Wolkenkollapsmodell von oben nach unten wie Sterne bilden und nicht nach dem Akkretionsprozess von unten nach oben, den Planeten durchlaufen.
Sie sind das, was passiert, wenn der Sternentstehungsprozess endet, bevor das Objekt genug Masse erreicht, um die Wasserstofffusion im Kern zu zünden.
Im Gegensatz zu Planeten sind sie jedoch massiv genug, um etwas zu verschmelzen, und dieses Etwas ist Deuterium, auch „schwerer“ Wasserstoff genannt.
Deuterium ist ein Wasserstoffisotop mit einem Proton und einem Neutron im Kern anstelle nur eines einzelnen Protons. Seine Fusionstemperatur und sein Fusionsdruck sind niedriger als die Fusionstemperatur und der Fusionsdruck von Wasserstoff.
Daher sind Braune Zwerge tendenziell kleiner, kühler und dunkler als die meisten Sterne. Ihr Massenbereich liegt zwischen etwa dem 13- und 80-fachen der Masse Jupiter , und sie kühlen mit zunehmendem Alter ab.
Wir haben daher eine ziemlich gute Vorstellung davon, wie ein Brauner Zwerg aussehen sollte, und suchen ihn anhand dieser Merkmale.
Das schwache, sich bewegende Objekt unten links ist „The Accident“. (NASA/JPL-Caltech/Dan Caselden)
Bisher wurden rund 2.000 dieser Objekte in der Milchstraße gefunden. Der Unfall – dessen richtiger Name WISEA J153429.75-104303.3 ist – wurde bei Braunen-Zwerg-Untersuchungen nicht erfasst, da er diesen Merkmalen nicht entspricht.
Seine Entdeckung durch den Near-Earth Object Wide-Field Infrarot Survey Explorer der NASA und die anschließende Entdeckung waren, wie der Name schon sagt, ein Unfall.
Es ist wirklich ein höchst eigenartiges Objekt. In manchen Wellenlängen ist es sehr schwach, was darauf hindeutet, dass es auch sehr kühl ist – unterhalb des Siedepunkts von Wasser , und zwar ziemlich alt. Bei anderen Wellenlängen leuchtet es heller, was wiederum auf eine höhere Temperatur schließen lässt.
Um das Rätsel zu lösen, wandte sich das Team einem anderen Infrarot-Wellenlängenbereich zu, da Infrarot-Wellenlängen Wärmestrahlung offenbaren. Beobachtungen mit dem terrestrischen W. M. Keck-Observatorium ergaben jedoch keinerlei Hinweise auf den Unfall, was wiederum auf kühlere Temperaturen hindeutet.
Die Entfernung des Unfalls vom Sonnensystem könnte ein Hinweis gewesen sein – wenn er weit entfernt wäre, könnte das seine Schwäche erklären. Mit einer Entfernung von etwa 53 Lichtjahren stellte sich jedoch heraus, dass es im Vergleich zu Weltraumentfernungen gar nicht so weit war.
Seltsamerweise rast es sehr schnell um die Galaxie, mit einer Geschwindigkeit von etwa 207,4 Kilometern (128,9 Meilen) pro Sekunde. Das ist über 25 Prozent schneller als jeder andere Stern seiner Art.
Wie die Temperatur von The Accident deutet diese Geschwindigkeit darauf hin, dass der Stern schon sehr lange existiert und Geschwindigkeitssteigerungen durch Gravitationswechselwirkungen mit anderen Objekten in der Galaxie aufgenommen und akkumuliert hat.
Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Kirkpatricks Team berechnete, dass The Accident zwischen 10 und 13 Milliarden Jahre alt sein könnte – doppelt so viel wie das Durchschnittsalter der bekannten Population Brauner Zwerge.
„Es ist keine Überraschung, einen so alten Braunen Zwerg zu finden, aber es ist eine Überraschung, einen in unserem Hinterhof zu finden.“ sagte der Astrophysiker Federico Morocco von Caltech.
„Wir haben erwartet, dass es so alte Braune Zwerge gibt, aber wir haben auch erwartet, dass sie unglaublich selten sind.“ „Die Chance, eines so nah am Sonnensystem zu finden, könnte ein glücklicher Zufall sein, oder es zeigt uns, dass sie häufiger vorkommen, als wir dachten.“
Dieses ehrwürdige Alter legt nahe, dass sich die Zusammensetzung des Unfalls auch deutlich von der anderer Brauner Zwerge unterscheiden könnte – was durch das Spektrum des von ihm emittierten Lichts untermauert wird.
Das liegt daran, dass im sehr frühen Universum die Bandbreite der Elemente viel geringer war. Kurz nach dem Urknall , der Großteil der Materie bestand aus Wasserstoff und Helium, mit sehr wenig anderem.
Es dauerte einige Generationen von Sternen, bis sich weitere Elemente vermehrten. Sie verschmolzen Atomkerne in ihren Kernen und produzierten schwerere Elemente, starben dann und verteilten diese Elemente im Weltraum. Supernova-Explosionen erzeugten noch schwerere Elemente durch Prozesse, die nur bei solch energiereichen Ereignissen zu finden sind.
Wenn der Unfall existierte, bevor diese Elemente (einschließlich Kohlenstoff) im Universum häufiger vorkamen, dann wäre sein Licht in bestimmten Wellenlängen stärker, die normalerweise von Methan (aus Kohlenstoff und Wasserstoff) in der Atmosphäre eines Braunen Zwergs absorbiert würden. Genau das haben die Forscher beobachtet.
„Diese Entdeckung zeigt uns, dass die Zusammensetzung Brauner Zwerge vielfältiger ist, als wir bisher gesehen haben.“ sagte Kirkpatrick .
„Es gibt wahrscheinlich noch mehr seltsame Exemplare da draußen, und wir müssen darüber nachdenken, wie wir danach suchen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe .