Gescheiterte Sterne oder Super-Planeten?

Die „Lücke“ zwischen Sternen und den viel kleineren Planeten füllen braune Zwerge. Die Frage ihrer Entstehung ist bisher nicht vollständig geklärt. Eine Antwort könnten nun Astronomen der Universität Heidelberg liefern. Sie entdeckten, dass der Stern Ny Ophiuchi in der Milchstraße von zwei braunen Zwergen umkreist wird, die mit großer Wahrscheinlichkeit gleichzeitig mit dem Stern aus einer Gas- und Staub-Scheibe entstanden sind – so wie dies bei Planeten der Fall ist. 
 

Braune Zwerge umkreisen entweder einen Stern oder bewegen sich isoliert in den Weiten ihrer Galaxie. Ihre Masse – sie sind mindestens 13 Mal so schwer wie der Planet Jupiter – reicht aus, um in ihrem Inneren wenigstens zeitweise durch Kernfusionsprozesse Energie zu erzeugen. Sie sind jedoch nicht schwer genug, um im Kern eine dauerhafte Wasserstofffusion in Gang zu setzen und aus diesem Grund „selbstleuchtend“ zu sein. Entdecken lassen sie sich durch die Wärmestrahlung, die sie nach ihrem Entstehungsprozess immer noch abgeben. Nach Schätzungen könnte es bis zu 100 Milliarden braune Zwerge in der Milchstraße geben. Noch ist nicht eindeutig geklärt, wie sie entstehen: Ob sie „gescheiterte Sterne“ oder möglicherweise auch „Super-Planeten“ sind.

Die aktuellen Entdeckungen am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) könnten nun eine Antwort auf die Frage der Entstehung liefern. Andreas Quirrenbach und sein Team werteten an der zum ZAH gehörenden Landessternwarte Königstuhl die Schwankungen in der Radialgeschwindigkeit des Sterns Ny Ophiuchi aus. Die Heidelberger Wissenschaftler sowie weitere Astronomen hatten seine Geschwindigkeit über einen Zeitraum von elf Jahren mit Teleskopen in den USA und Japan gemessen. Der Stern hat etwas mehr als die zweieinhalbfache Masse der Sonne und befindet sich in rund 150 Lichtjahren Entfernung von der Erde im Sternbild „Schlangenträger“.

In den Messungen entdeckten die Forscher aus Heidelberg ein bestimmtes Muster, wie es zum Beispiel durch umlaufende Planeten oder Doppelsterne verursacht wird. Grundsätzlich ist dies nichts Ungewöhnliches für die Astronomen. In diesem Fall verriet die aufwendige Analyse der Daten jedoch Erstaunliches: Offensichtlich wird Ny Ophiuchi von gleich zwei braunen Zwergen mit einer Umlaufzeit von rund 530 und 3185 Tagen umkreist. Sie befinden sich damit in einer sogenannten 6:1-Resonanz. Das bedeutet, dass der näher an Ny Ophiuchi liegende braune Zwerg seinen Stern genau sechsmal umkreist, während der andere, weiter entfernte braune Zwerg nur eine Umlaufbahn vollendet. 

Diese Entdeckung wirft ein völlig neues Licht auf die Bildung von braunen Zwergen: Entstehen sie ausschließlich wie normale Sterne in interstellaren Wolken oder können sie sich auch in der protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub bilden, die den Mutterstern in der Frühphase seiner Entstehung umgibt? „Die 6:1-Resonanz ist ein starker Hinweis auf letzteres Szenario“, erläutert Quirrenbach. „Nur in diesem Fall könnten sich die Umlaufbahnen der neu entstandenen braunen Zwerge über Millionen von Jahren auf eine stabile Resonanz einstellen.“ 

Das legen nach den Worten des Heidelberger Wissenschaftlers vor allem aufwendige dynamische Analysen für mögliche Konfigurationen des Systems Ny Ophiuchi nahe. Bislang ist dieses „Super-Planetensystem“ das erste seiner Art und zugleich der erste sichere Hinweis auf die Entstehung von braunen Zwergen in einer protoplanetaren Scheibe, wie Quirrenbach betont. Der Wissenschaftler und sein Team hoffen jedoch auf weitere Funde dieser Art, um damit irgendwann klären zu können, wie viele der „gescheiterten Sterne“ in Wirklichkeit die massereicheren Geschwister von Jupiter und Saturn sind. 

U. Heidelberg / DE
 

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. Quirrenbach et al.: Precise Radial Velocities of Giant Stars. XI. Two Brown Dwarfs in 6:1 mean motion resonance around the K giant star ν Ophiuchi, Astron. Astrophys. 624, A18 (2019); DOI: 10.1051/0004-6361/201834423
• Landessternwarte Königstuhl, Universität Heidelberg