Wissenschaftler finden Rekord

Ein Objekt, das einen 1.400 Lichtjahre entfernten Stern umkreist, stellt unsere Vorstellungen davon, was im Universum möglich ist, ernsthaft in Frage.

Es ist ein Brauner Zwerg, die merkwürdige Kategorie von Objekten, die die Lücke zwischen Planeten und Sternen überbrücken, aber er befindet sich in einer so engen Umlaufbahn mit seinem sehr heißen Mutterstern, dass seine Temperatur glühende 8.000 Kelvin (7.727 Grad Celsius oder 13.940 Fahrenheit) übersteigt – heiß genug, um die Moleküle in seiner Atmosphäre in ihre zusammengesetzten Atome zu zerbrechen.

Das ist viel heißer als die Oberflächentemperatur der Sonne, wo die Temperaturen vergleichsweise milde 5.778 Kelvin betragen. Tatsächlich ist dieser Braune Zwerg ein Temperaturrekordbrecher – das heißeste Objekt seiner Art, das wir je gefunden haben.

Obwohl Braune Zwerge tendenziell heißer sind als Planeten, brennen sie kühler als die kühlsten Roten Zwerge – sie können mit ihren eigenen internen Fusionsmotoren absolut keine sonnenähnlichen Temperaturen erreichen.

Ein internationales Team unter der Leitung der Astrophysikerin Na'ama Hallakoun vom Weizmann Institute of Science in Israel hat dem Objekt den Namen WD0032-317B gegeben.

Die Entdeckung, so das Team, könne uns helfen zu verstehen, was mit jupiterähnlichen Gasriesen passiert, die extrem heiße, massereiche Sterne umkreisen, deren Beobachtung aufgrund der Eigenschaften der Sterne, wie etwa ihrer Aktivität und Rotationsrate, eine Herausforderung sein kann.

Planeten, die ihre Sterne in der Nähe umkreisen, werden mit großen Mengen ultravioletten Lichts bestrahlt. Dies kann dazu führen, dass ihre Atmosphäre verdampft und die darin enthaltenen Moleküle auseinandergerissen werden, ein Prozess, der als thermische Dissoziation bekannt ist.

Allerdings wissen wir nicht viel über diese extreme Umgebung. Bei so großer Nähe zu einem sehr hellen Stern kann es schwierig sein, Signale von einem umlaufenden Exoplaneten aus der Sternaktivität herauszulesen.

Wir kennen einen Exoplaneten, der heiß genug für eine thermische Dissoziation ist. Das ist KELT-9b, der einen blauen Überriesenstern umkreist, der die Tagseite des Exoplaneten auf Temperaturen über 4.600 Kelvin (4.327 Grad Celsius oder 7.820 Grad Fahrenheit) erhitzt.

Das ist heißer als die meisten Sterne – Rote Zwerge, die häufigsten Sterne in der Galaxie, haben eine maximale Oberflächentemperatur von etwa 4.000 Kelvin.

Eine Möglichkeit, diese extremen Regime zu untersuchen, könnten jedoch Braune Zwerge in Doppelsternsystemen mit Weißen Zwergen sein. Weiße Zwerge sind viel, viel kleiner als blaue Überriesen wie KELT-9, was sie wiederum schwächer macht und das Signal von überhitzten Begleitobjekten leichter auszumachen macht.

Ein Brauner Zwerg ist kein richtiger Planet, aber auch kein richtiger Stern. Mit etwa der 13-fachen Masse des Jupiter kann ein planetenähnliches Objekt in seinem Kern genug Druck und Hitze haben, um die Deuteriumfusion zu zünden.

Das ist ein „schweres“ Wasserstoffisotop; Die Temperatur und der Druck, die für seine Fusion erforderlich sind, sind viel niedriger als die Temperatur und der Druck, die für die Fusion von normalem Wasserstoff erforderlich sind, der in den Kernen von Sternen brennt.

Braune Zwerge können eine Größe von etwa 80 Jupitermassen und Temperaturen von etwa 2.500 Kelvin erreichen. Sie sind kühler und dunkler als Rote Zwerge, leuchten aber im infraroten Wellenlängenbereich.

Weiße Zwerge hingegen sind die letzte Lebensphase von Sternen wie der Sonne. Wenn dem Stern der Wasserstoff in seinem Kern ausgeht, stößt er seine äußeren Schichten aus und der Kern, der nicht mehr durch den äußeren Druck der Fusion gestützt wird, kollabiert zu einem ultradichten Objekt von etwa der Größe der Erde.

Weiße Zwerge leuchten mit Restwärme, aber der Sterbeprozess ist sehr energisch – sie sind extrem heiß, mit Temperaturen, die mit denen blauer Überriesen vergleichbar sind.

Dies bringt uns zu WD0032-317, einem sehr heißen weißen Zwergstern mit geringer Masse. Es macht etwa 40 Prozent der Sonnenmasse aus und brennt bei Temperaturen um 37.000 Kelvin.

In den frühen 2000er Jahren deuteten Daten, die mit dem Ultra-Violet-Visual Echelle Spectrograph (UVES)-Instrument am Very Large Telescope des European Southern Observatory gewonnen wurden, darauf hin, dass sich WD0032-317 bewegte und von einem unsichtbaren, umkreisenden Begleiter an Ort und Stelle gezogen wurde. Spätere Beobachtungen im nahen Infrarot deuteten darauf hin, dass es sich bei diesem Begleiter um einen Braunen Zwerg handelte.

Hallakou und ihre Kollegen nutzten UVES, um neue Beobachtungen des Sterns zu erhalten, und fanden heraus, dass der Begleiter ein Brauner Zwerg mit einer Masse zwischen 75 und 88 Jupitern ist, der sich auf einer halsbrecherischen Umlaufbahn von nur 2,3 Stunden befindet.

Der rauchende Beweis, der zur Entdeckung führte, war sozusagen ein rauchender Stern. Wenn die Tagseite des Braunen Zwergs uns zugewandt ist, könnten die Astronomen den Wasserstoff erkennen, den er ausstößt, wenn der Stern ihn verdampft.

Da der Braune Zwerg und der Stern so nahe beieinander liegen, ist der Braune Zwerg gezeitengebunden. Das bedeutet, dass eine Seite – die Tagseite – ständig dem Stern zugewandt ist, während die andere Seite ständig in der Nacht bleibt. Das Team hat die extremen Temperaturen berechnet, und die Zahlen sind atemberaubend.

„Abhängig vom verwendeten Kernmodell des Weißen Zwergs liegt die erhitzte Tagestemperatur des Begleiters zwischen ≈7.250 und 9.800 Kelvin – so heiß wie ein Stern vom Typ A – mit einer Nachttemperatur von ≈1.300 − 3.000 Kelvin oder a Temperaturunterschied von ≈6.000 K – etwa viermal so groß wie der von KELT-9b“, schreiben sie in ihrer Arbeit.

„Der Temperaturbereich auf der Nachtseite umfasst T- bis M-Zwerge. Die ‚Gleichgewichts‘-Schwarzkörpertemperatur des bestrahlten Begleiters (unter Vernachlässigung seiner intrinsischen Leuchtkraft und Albedo und unter der Annahme, dass er sich im thermischen Gleichgewicht mit der externen Strahlung befindet) beträgt etwa 5.100 Kelvin. heißer als jeder bekannte Riesenplanet und ≈ 1.000 Kelvin heißer als KELT-9b, was zu einem ≈ 5.600-mal höheren extremen Ultraviolettfluss führt.

Kein bekannter Planet oder Brauner Zwerg ist heißer, was WD0032-317B nicht nur äußerst beeindruckend macht, sondern auch zu einem hervorragenden Kandidaten für die Untersuchung, wie extrem heiße Sterne ihre masseärmeren Begleiter verdampfen können. Die Untersuchung von Objekten wie WD0032-317B, sagen die Forscher, kann uns helfen, seltene Ausreißerobjekte wie KELT-9b zu verstehen.

Die Forschung wurde in Nature Astronomy veröffentlicht.

Eine frühere Version dieses Artikels wurde im Juni 2023 veröffentlicht.