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Braune Zwerge am Tempolimit

Drei neuentdeckte Braune Zwerge rotieren schneller als alle bisher bekannten

Brauner Zwerg
So groß wie der Jupiter, aber ein zehnmal schnelleres Rotationstempo: Drei Braune Zwerge geben den Astronomen Rätsel auf. © NASA/JPL-Caltech

Rekordtempo: Astronomen haben drei Braune Zwerge mit extrem schneller Rotation entdeckt – sie drehen sich mit rund 100 Kilometern pro Sekunde. Damit knacken diese drei „Fast-Sterne“ nicht nur den Temporekord für Braune Zwerge, sie könnten sich auch dicht am maximal Möglichen bewegen – einer Art Tempolimit für die Rotation. Rätselhaft ist allerdings, warum alle drei Zwerge trotz unterschiedlicher Massen und Temperaturen nahezu gleich schnell rotieren.

Braune Zwerge sind Grenzgänger zwischen Sternen und Planeten – und doch keines von beiden richtig. Sie entstehen, wenn die Masse eines Protosterns nicht ganz ausreicht, um in seinem Inneren die Wasserstoff-Kernfusion zu zünden. Es entstehen eher schwach glimmende Himmelskörper, die im Laufe ihres Lebens immer mehr erkalten. Nach Schätzungen von Astronomen könnte es allein in unserer Milchstraße 100 Milliarden solcher „gescheiterten Sterne“ geben, in unserer unmittelbaren Nachbarschaft kennen wir schon mehrere hundert.

Vergleich
Vergleich des schnellsten der drei Braunen Zwerge mit Jupiter und Saturn. © NASA/JPL-Caltech

Zehnmal schneller als Jupiter

Doch jetzt haben Astronomen drei ganz besondere Braune Zwerge entdeckt – sie rotieren schneller als alle bisher bekannten Vertreter ihrer Art. Aufgespürt haben sie Megan Tannock von der University of Western Ontario und ihre Kollegen bei der Auswertung von Daten des ehemaligen NASA-Weltraum-Teleskops Spitzer. Anhand von Langzeit-Aufnahmen stießen sie auf drei Braune Zwerge, die sich besonders schnell zu drehen schienen. Spektroskopische Daten der Teleskope Gemini North und Magellan bestätigten dies.

Die Auswertungen zeigen. Die drei Braunen Zwerge benötigen nur zwischen 1,08 und 1,23 Stunden für eine komplette Umdrehung – das ist rund 30 Prozent schneller als alle bisher untersuchten Braunen Zwerge. Obwohl sie etwa genauso groß sind wie der Jupiter, rotieren sie zehnmal schneller als er. Am Äquator dieser Himmelskörper erreicht das Rotationstempo 100 Kilometer pro Sekunde, das entspricht 360.000 Kilometern pro Stunde, wie die Astronomen berichten. Zum Vergleich: Die Erde dreht sich mit vergleichsweise gemächlichen 1.640 Kilometern pro Stunde.

Vom Rekordtempo verbeult

Damit sind die drei Braunen Zwerge absolute Rekordhalter: „Trotz ausgiebiger Suche durch unser Team und andere wurde bislang kein Brauner Zwerg gefunden, der schneller rotiert“, sagt Tannock. „Möglicherweise haben wir hier ein Tempolimit für die Rotation Brauner Zwerge entdeckt.“ Denn je schneller ein Himmelskörper rotiert, desto stärker sind die entstehenden Fliehkräfte. Sie wirken der Schwerkraft entgegen.

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Dies führt dazu, dass besonders schnell drehende Sterne oder Planeten an ihrem Äquator leicht nach außen ausgebeult sind. Diese Verformung ist beim Gasriesen Saturn zu erkennen, der rund zehn Stunden für eine Umdrehung benötigt. Bei den drei Braunen Zwergen zeigt sich ebenfalls eine charakteristische Ausbeulung am Äquator. Die Forschenden haben errechnet, dass die enorme Fliehkraft die Gravitation dort um rund 13 Prozent verringert.

Kurz vor dem Auseinanderfliegen?

Der Merkwürdige jedoch: Obwohl die drei Zwerge unterschiedlich heiß und alt sind und mit 40 bis 70 Jupitermassen auch unterschiedlich schwer, rotieren sie nahezu gleich schnell. Nach Ansicht der Astronomen könnte dies darauf hindeuten, dass sich diese Himmelskörper nahe am für sie physikalisch Möglichen bewegen. Sie halten es für relativ unwahrscheinlich, dass es Braune Zwerge mit noch kürzeren Rotationsperioden als rund einer Stunde gibt.

„Unsere Ergebnisse deuten auf eine Art Limit für die Rotationsrate hin, aber der Grund dafür ist noch nicht ganz klar“, sagt Tannock. Eine naheliegende Erklärung könnte sein, dass eine noch schnellere Rotation die Braunen Zwerge auseinanderreißen würde. Bei mehr als 350.000 Kilometern pro Stunde reicht die Gravitation dieser Braunen Zwerge wahrscheinlich gerade aus, um sie zusammenzuhalten“, kommentiert Sandy Leggett vom Gemini North Observatorium.

Ist dies der schnellste Braune Zwerg im Kosmos?© NASA/ JPL-Caltech

Wer setzt das Limit?

Dem wiedersprechen allerdings Modellrechnungen, nach denen diese drei Braunen Zwerge noch nicht am Rande des Auseinanderbrechens sind: Ausgehend von ihrer Masse und Größe müssten sie sogar ein noch um 50 Prozent höheres Rotationstempo aushalten, ohne auseinander zu fliegen, wie die Forschenden berichten. „Das muss bedeuten, dass irgendetwas diese Braune Zwerge bremst, bevor sie dieses Extrem erreichen oder dass sie es aus irgendeinem Grund nicht erreichen können“, sagt Tannock.

Doch was dieser Bremser ist, wissen die Astronomen nicht. Eine Möglichkeit könnte das exotische Innenleben der Braunen Zwerge sein: Ähnlich wie beim Gasriesen Jupiter ist der Druck in ihrem Zentrum so hoch, dass selbst Wasserstoff zum leitfähigen Metall wird. Die dadurch entstehenden elektromagnetischen Felder könnten vielleicht die Rotation dieser Himmelskörper beeinflussen und bremsen – das aber ist bislang nur eine Vermutung.

„Dieser Zustand von Wasserstoff oder jedem anderen Gas unter extremem Hochdruck ist noch immer ziemlich rätselhaft“, erklärt Koautor Stanimir Metchev von der Western University. „Selbst in den modernsten physikalischen Hochdruck-Laboren ist es eine enorme Herausforderung, diesen Materiezustand zu reproduzieren.“ (The Astronomical Journal, 2021, in press; arXiv:2103.01990)

Quelle: NASA, NOIRLab

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