Braune Zwerge: Die coolsten Sterne oder die heißesten Planeten?
Braune Zwerge mischen Merkmale von Sternen und Planeten, aber sie sind ihre eigenen einzigartigen Wesen. Die Illustration dieses Künstlers zeigt den Braunen Zwerg 2MASSJ22282889-431026, den die NASA-Weltraumteleskope Spitzer und Hubble gleichzeitig beobachteten. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Paul M. Sutter ist Astrophysiker bei Die Ohio State University , Gastgeber von ' Frag einen Raumfahrer ' und ' Weltraumradio ,' und Autor von ' Dein Platz im Universum “ (Prometheus-Bücher, 2018). Sutter hat diesen Artikel zu Expert Voices von guesswhozoo.com beigetragen: Op-Ed & Insights .
Es klingt wie der Beginn eines wirklich bösen Rätsels: „Ich bin größer als ein Planet, aber ich bin kein Star. Und ich bin kleiner als ein Stern, aber ich bin kein Planet. Wer bin ich?'
Aber anstatt einer kitschigen Denksportaufgabe ist dies tatsächlich ein Einstiegspunkt in die Erforschung, wie Astronomen die exotischen Objekte unseres Universums klassifizieren. Es ist auch eine Gelegenheit, einige der seltsamsten Bürger der Milchstraße zu verstehen.
Die Antwort auf das Rätsel lautet übrigens 'Ich bin ein Brauner Zwerg'. [ Braune Zwerge: Seltsame ausgefallene Sterne des Universums erklärt (Infografik) ]
Was ist im Namen?
Trotz des Namens sind Braune Zwerge nicht sehr braun. Diese Objekte, deren Massen vom 12-fachen der Jupitermasse bis hin zur halben Sonnenmasse reichen, emittieren von selbst Licht … nur normalerweise nicht sehr viel. Die größten und jüngsten sind ziemlich heiß und geben ein stetiges warmes Licht ab. Aus der Ferne würden diese Sterne nicht von ihren stellaren Vettern, den rote Zwerge . Die kleinsten und ältesten sind dagegen kaum sichtbar und strahlen fest im infraroten Teil des Spektrums ab. Ohne Nachtsichtbrille wären sie nicht einmal in der Lage, sie zu erkennen.
Meistens sitzen Braune Zwerge jedoch irgendwo in der Mitte und leuchten mild mit schwachen Magenta-Tönen. Dies macht sie ziemlich einzigartig in der galaktischen Besetzung der Charaktere.
Aber ganz im Gegensatz zu den Sternen glühen Braune Zwerge nicht von der Hitze nuklearer Feuer, die in ihren Herzen wüten. Stattdessen sind ihr Licht und ihre Wärme einfach Überbleibsel ihrer anfänglichen Bildung. Die Objekte wurden aus kollabierenden Gas- und Staubwolken geboren (genau wie die Sterne, nur weniger davon), und dieser Gravitationskollaps setzte eine enorme Energiemenge frei. Aber die Energie wurde im einfallenden Material gefangen, darin für zig Millionen Jahre eingeschlossen, obwohl die Wärme langsam in Form von lauwarmem Licht in den Weltraum abgestrahlt wird.
Während diese Wärme entweicht, verdunkelt sich der Braune Zwerg weiter und gleitet von feurigem Rot über gesprenkeltes Magenta zu unsichtbarem Infrarot. Je größer die Masse bei der Geburt des Objekts ist, desto mehr Wärme kann es einfangen und desto länger kann es einen richtigen Stern nachahmen. Aber das endgültige Schicksal ist für jeden Braunen Zwerg das gleiche, unabhängig von seiner Abstammung.
Klebrige Zentren
Daher könnte es verlockend sein, Braune Zwerge nur als eine seltsame Vielfalt sehr großer Planeten zu klassifizieren. Schließlich kühlen auch Planeten mit zunehmendem Alter stetig ab und haben keine neuen Energiequellen, um ihr Feuer für Milliarden oder Billionen von Jahren am Brennen zu halten.
Aber die meisten Braunen Zwerge können ein besonderes Spiel spielen. Es braucht eine bestimmte Masseschwelle (etwa das 80-fache des Jupiters), um die hektischen Temperaturen und Drücke im Kern eines Objekts zu erreichen, die erforderlich sind, um Wasserstoff zu Helium zu verschmelzen, was es braucht, um sich selbst zu einem Stern zu machen. Aber es gibt eine viel niedrigere Schwelle, etwa die 13-fache Masse des Jupiter, an der eine andere Art von Fusion stattfinden kann.
In diesem viel kühleren Aufbau kann Deuterium (das nur ein einzelnes Proton und ein einzelnes Neutron ist, die in einem Kern zusammengeklebt sind) von einem verirrten Proton getroffen werden, wodurch das Deuterium in Helium-3 umgewandelt und ein winziges bisschen Energie freigesetzt wird. Richtige Sterne durchlaufen beim Aufwärmen eine kurze Deuterium-Verbrennungsphase, aber Braune Zwerge können den Prozess länger am Laufen halten, da sie nie auf eine ausgewachsene Wasserstofffusion umschalten.
Allerdings hält es nicht ewig. Die größten Braunen Zwerge verbrauchen ihr gesamtes Deuterium in wenigen Millionen Jahren. Der Grund dafür ist, dass das Innere dieser Kreaturen nicht sauber in verschiedene Schichten unterteilt ist.
In Sternen wie unserer Sonne haben Sie einen dichten Pfirsichkern aus Wasserstoff und Helium, umgeben von einer Plasmaschicht, die von Strahlungsenergien dominiert wird, wobei diese Schicht von einer brodelnden, kochenden Suppe umgeben ist. Aber in den kleinsten Sternen und Braunen Zwergen gibt es keinen Kern an sich, sondern nur eine einzige Spitze-zu-Schwanz-Konvektionshülle, die in der Lage ist, Material aus den innersten Bereichen an den Rand des Weltraums und wieder zurück zu transportieren.
Also wird jedes Deuterium irgendwo in einem großen Braunen Zwerg schließlich im Zentrum des Braunen Zwergs in seinen Untergang gezerrt und gierig in Helium-3 umgewandelt. (In einem Objekt mit Schichten könnte etwas Deuterium woanders lauern, ohne verbraucht zu werden.)
Und die kleineren Braunen Zwerge? Sie kühlen nur schnell ab und senken ihre Innentemperaturen unter den Schwellenwert, der für die Aufrechterhaltung der Reaktionen erforderlich ist. So oder so, es ist schnell Deuterium-Lichter für diese Objekte.
Größenanpassung
Braune Zwerge werden wie Sterne geboren, strahlen eine Zeitlang Wärme aus und verschmelzen manchmal sogar Elemente in ihren Zentren. Gibt es also einen Grund, sie nicht fest auf die Sternseite des Spektrums zu setzen und Schluss zu machen?
Nun, sie sind klein. Also wirklich klein. Peinlich klein. Man könnte meinen, dass etwas 50-fache der Masse des Jupiter, ich weiß nicht, deutlich größer sein könnte als Jupiter, aber stattdessen widersetzen sich Braune Zwerge den Trends und weigern sich, viel größer zu sein als ein typischer Gasriese-Planet.
Die Sterne schaffen es, durch die abstoßenden Fusionspartys in ihren Kernen zu verhindern, dass sie zu weit nach unten schrumpfen. Diese freigesetzten Energien konkurrieren ständig gegen die nach innen gerichtete Schwerkraft und versuchen, die äußeren Schichten des Sterns wieder auszudehnen.
Aber wie wir wissen, haben Braune Zwerge diesen Vorteil nicht (zumindest nicht langfristig). Und im Gegensatz zu Planeten haben sie keine felsigen Kerne oder eisigen Mäntel, um sich zu stützen. Stattdessen bleibt nur die exotische Quantenkraft, die als Entartungsdruck bekannt ist und es ermöglicht, nur eine begrenzte Anzahl von Teilchen in ein so kleines Volumen zu pressen. In diesem Fall werden Braune Zwerge vollständig durch den Entartungsdruck unterstützt, sodass sie für ihre Masse die kleinstmögliche Größe haben.
Die Grenze zwischen großen Planeten und kleinen Sternen ist nicht nur verschwommen; Es ist eine völlig neue Klasse von Objekten – Dinge, die sich gleichzeitig wie Planeten und Sterne verhalten und sich wie keines von beiden verhalten. Mit anderen Worten, Braune Zwerge sind die Tweens des himmlischen Reiches.
Erfahre mehr, indem du dir die Folge anhörst 'Was passiert, wenn Galaxien kollidieren?' im Podcast 'Ask a Spaceman', verfügbar auf iTunes und im Internet unter http://www.askaspaceman.com . Danke an Ted W., Gisele S. und Ardent D. für die Fragen, die zu diesem Stück geführt haben! Stellen Sie Ihre eigene Frage auf Twitter mit #AskASpaceman oder folgen Sie Paul @PaulMattSutter und weiter facebook.com/PaulMattSutter . Folge uns auf Twitter @spacedotcom und weiter Facebook . Originalartikel zu guesswhozoo.com .
