Sterne gibt es in vielen verschiedenen Größen – vom zigfachen Sonnendurchmesser bis hin zu einem winzigen Bruchteil ihres Durchmessers. Aber die Antwort darauf, wie klein ein astronomischer Himmelskörper sein kann, um immer noch als Stern zu gelten, wurde bislang nicht gefunden. Was man weiß ist, dass Objekte unterhalb dieser Grenze nicht in der Lage sind, die Wasserstofffusion in ihren Kernen zu zünden und aufrechtzuerhalten: Diese Objekte werden als Braune Zwerge bezeichnet.
Die RECONS (Research Consortium On Nearby Stars) Gruppe von der Georgia State University hat klare Beobachtungshinweise für die theoretisch vorhergesagte Grenze zwischen sehr massearmen Sternen und Braunen Zwergen gefunden. Die Forschungsarbeit wurde für die Veröffentlichung im Astronomical Journal akzeptiert. Die Daten stammen von dem SOAR (SOuthern Astrophysical Resarch) 4,1-Meter-Teleskop und dem SMARTS (Small and Moderate Aperture Research Telescope System) 0,9-Meter-Teleskop des Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Chile.
Die längste Zeit ihrer Existenz gehorchen Sterne einer Beziehung, die als Hauptreihe bezeichnet wird – ein Zusammenhang zwischen Leuchtkraft und Temperatur, der gleichzeitig auch ein Zusammenhang zwischen Leuchtkraft und Radius ist. Sterne verhalten sich insofern wie Ballone, als dass sich ihr Radius vergrößert, wenn dem Stern Materie hinzugefügt wird. Anstelle der Luft, die einem Ballon zugefügt wird, handelt es sich bei der Materie, die einem Stern zugefügt wird, um Wasserstoff.
Braune Zwerge werden dagegen durch andere physikalische Gesetze (Elektronen-Entartungsdruck) beschrieben als Sterne und zeigen das gegenteilige Verhalten. Die inneren Schichten eines Braunen Zwergs agieren ähnlich wie eine Sprungfedermatratze: Das Hinzufügen von zusätzlichem Gewicht lässt sie schrumpfen. Deswegen werden Braune Zwerge mit zunehmender Masse tatsächlich kleiner.
Der leitende Autor Dr. Sergio Dieterich erklärte: “Um Sterne von Braunen Zwergen zu unterscheiden, maßen wir das Licht von jedem Objekt, das unserer Meinung nach nahe an der Grenze zwischen Sternen und Braunen Zwergen liegt. Wir maßen auch sorgfältig die Entfernungen jedes Objekts. Dann konnten wir mit grundlegenden physikalischen Gesetzen ihre Temperaturen und Radien berechnen und stellten die Positionen der kleinsten Objekte fest, die wir beobachtet hatten (siehe die obenstehende Illustration). Wir erkennen, dass der Radius mit abnehmender Temperatur kleiner wird, wie man es von Sternen erwartet, bis wir eine Temperatur von etwa 2.100 Kelvin erreichen. Dort sehen wir eine Lücke ohne Objekte und dann beginnt sich der Radius mit abnehmender Temperatur zu vergrößern, wie man es von Braunen Zwergen erwartet.”
Dr. Todd Henry, ein anderer Autor, sagte: “Wir können jetzt auf eine Temperatur (2.100 Kelvin), einen Radius (8,7 Prozent des Sonnenradius) und eine Leuchtkraft (1/8000 der Sonnenleuchtkraft) deuten und sagen ‘die Hauptreihe endet hier’. Und wir können einen bestimmten Stern mit der Bezeichnung 2MASS J0513-1403 als einen Repräsentanten für die kleinsten Sterne identifizieren.”
Neben der Beantwortung einer grundsätzlichen Frage in der stellaren Astrophysik über das kühle Ende der Hauptreihe hat die Entdeckung entscheidende Auswirkungen auf die Suche nach Leben im Universum. Weil sich Braune Zwerge bereits in einem Zeitraum von Millionen Jahren abkühlen, sind Planeten um Braune Zwerge schlechte Kandidaten für die Bewohnbarkeit. Sehr massearme Sterne liefern dagegen über Milliarden Jahre konstant Wärme und eine Umgebung mit geringer Ultraviolettstrahlung. Die Temperatur zu kennen, wo die Sterne aufhören und die Braunen Zwerge beginnen, sollte Astronomen helfen zu entscheiden, welche Objekte Kandidaten sind, die bewohnbare Planeten beherbergen könnten.
Weil Braune Zwerge stetig weiter abkühlen, werden sie letztendlich zu einer Art makroskopischen Dunklen Materie, deshalb ist es wichtig zu wissen, wie viel Dunkle Materie in der Form von extrem alten und kalten Braunen Zwergen vorliegt.
Die Forschungsarbeit unterstreicht die Fähigkeiten des National Optical Astronomy Observatory Systems in einem einzigen Projekt. Die SOAR-Beobachtungen lieferten das fehlende Verbindungsstück zu einer Fülle an Daten, die zuvor mit Teleskopen unter der Schirmherrschaft des NOAO gesammelt wurden. “Wir nutzten das SOAR 4,1-Meter-Teleskop, um das sichtbare Licht von schwachen Sternen und Braunen Zwergen zu messen, und das CTIO 0,9-Meter-Teleskop, um präzise Messungen ihrer Entfernungen vorzunehmen. Dann kombinierten wir diese Messungen mit Infrarotdaten des CTIO 1,3-Meter-Teleskops und des Weltraumteleskops WISE. Drei dieser vier Teleskope sind öffentliche Teleskope vom CTIO und das vierte registriert Wellenlängen, die nur vom Weltraum aus beobachtbar sind”, erklärte Dieterich.
Das CTIO ist eine Abteilung des National Optical Astronomy Observatory, das im Rahmen eines Kooperationsvertrags mit der National Science Foundation von der Association of Universies for Research in Astronomy Inc. (AURA) geleitet wird.
Quelle: http://www.noao.edu/news/2013/pr1311.php
(THK)
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