M45 Braune Zwerge bilden offenbar eine eigene Klasse von Himmelsobjekten. Bonner Astronomen untersuchten die Massen von Mitgliedern junger Sternhaufen und fanden heraus, dass die verhinderten Sterne anders entstehen müssen als ihre massereichen Verwandten. Der Sternentstehungsprozess in Sternhaufen ist offenbar komplizierter als angenommen.

Braune Zwerge sind ein Zwischending: Schwerer als die massereichsten Planeten, und doch zu leicht, um in ihrem Zentrum das stellare Feuer zu entfachen, aus dem die Sterne ihre Energie beziehen - das Wasserstoffbrennen. Bislang glaubte man, dass sie wie Sterne entstehen, dabei aber etwas zu kurz gekommen sind. Von dieser Vorstellung muss man sich wohl verabschieden: Bonner Astronomen lieferten nun einen weiteren Hinweis für die Theorie, dass Braune Zwerge eine eigene Population unter den galaktischen Objekten bilden.

Hinweise darauf kennt man schon länger. Die Partner in Doppelsternsystemen können einander in engem Abstand umkreisen oder mehr als 100 Milliarden Kilometer voneinander entfernt. Bei Systemen aus zwei Braunen Zwergen sieht das anders aus: Abstände von mehr als 20 Astronomischen Einheiten, also etwa 3 Milliarden Kilometer, kommen so gut wie nicht vor. Auch kennt man kaum Mischsysteme, in denen sich ein Stern und ein Brauner Zwerg gegenseitig umtanzen. Beides ist unverständlich, wenn man von einem gemeinsamen Entstehungsprozess von Sternen und Zwergen ausgeht.

Der Verdacht liegt nahe, das Braune Zwerge ganz anders entstehen als "normale", leuchtende Sterne. Pavel Kroupa und Ingo Thies vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn gingen diesem Verdacht nach. Sie analysierten die Massenverteilung der Sterne und Braunen Zwerge in jungen Sternhaufen, etwa den Plejaden, auch als das Siebengestirn bekannt. In solchen jungen Sternformationen verraten sich die noch heißen Zwerge durch ihr Infrarotlicht – in älteren Haufen sind sie dagegen schon so weit abgekühlt, dass sie sich der Beobachtung der Astronomen praktisch entziehen.

In den Massenverteilung fällt ein bemerkenswerter Knick bei geringen Massen auf, eben bei denen der Braunen Zwerge. Die leuchtende Sterne verhalten sich erwartungsgemäß – je geringer ihre Masse, desto häufiger ihre Zahl im Haufen, die Massenfunktion fällt also zu großen Massen ab. Bei den Zwergen unter einem Zehntel der Sonnenmasse verläuft diese Funktion umgekehrt – ein Hinweis auf einen fundamentalen Unterschied?

Das Problem dabei ist, dass eine Vielzahl beobachterischer Schwierigkeiten die Statistik im Bereich sehr kleiner Massen verfälscht. Je weiter der Sternhaufen entfernt ist, desto mehr leuchtschwache Zwerge werden übersehen. Auch unaufgelöste Doppelsysteme täuschen eine andere Verteilung der Massen vor. So kann es sein, dass bei einem sehr ungleichen Paar nur der größere und hellere Partner auffällt, sein kleiner Begleiter jedoch nicht. Paare ähnlich großer Masse können unaufgelöst bleiben und eine doppelte, in einem Stern vereinte Masse vortäuschen. Alle diese Effekte führen zu einer Unterschätzung der Anzahl der im Haufen vorhandenen Braunen Zwerge.

Kroupa und Thies versuchten, diese systematischen Fehler in ihrer Analyse der Massenverteilung zu korrigieren. Sie stellten dabei fest, dass sich das gesamte Massenspektrum von den kleinsten Zwergen bis zu den größten Sternen eines Haufens nur durch eine Kombination zweier Massenfunktionen überzeugend darstellen ließ: Eine Funktion für die Sterne und eine weitere für die Braunen Zwerge. Ihr Schluss: Zwei verschiedene Massenfunktionen bedeuten zwei verschiedene Populationen von Objekten und mithin zwei unterschiedliche Entstehungsmechanismen für Sterne beziehungsweise Braune Zwerge.

Wie Braune Zwerge entstehen, wenn nicht auf die gleiche Weise wie Sterne, ist derzeit Gegenstand von Spekulationen. Bereits 2001 vermuteten die Astronomen Bo Reipurth, Cathie Clarke und Eduardo Delgado-Donate, Braune Zwerge seien so etwas wie "stellare Totgeburten": Einst gemeinsam mit weiteren "Sternembryos" in der selben Urwolke entstanden, wurden sie durch den Einfluss eines weiteren, an der Wolke vorbeiziehenden Sterns aus der gemeinsamen "Gebärmutter" herausgeschleudert und konnten somit keine weitere Materie mehr aufsammeln. Ohne Nahrung verharrten sie im Embryonenstatus und fristen ihr Dasein heute als Brauner Zwerg. Eine Alternative zu diesem Modell wurde 2007 vorgeschlagen, demnach waren die Zwerge einst Verdichtungen in einem viel größeren, entstehenden Stern, die ebenfalls durch äußere Einflüsse aus diesem herausgetrennt wurden. Enge Begegnungen zwischen einzelnen Mitgliedern eines Sternhaufen kommen immer wieder vor.

Es ist also gut möglich, dass beide Modelle zutreffen. Die Wahrheit ist, so Ingo Thies, wohl noch ein Stück komplizierter. Es kann durchaus sein, das es auch Braune Zwerge gibt, die ganz klassisch als Stern entstanden sind, deren Urwolke sie aber nicht mit genügend Masse ausstatten konnte um zum "richtigen" Stern zu werden. Wieder andere könnten als Riesenplanet in der stellaren Staubscheibe entstanden sein, und wurden ebenfalls aus ihr herauskatapultiert. "Den" Braunen Zwerg gibt es daher vielleicht gar nicht. Im Übergangsbereich zwischen Sternen und Planeten seinen viele Details noch nicht verstanden, so Thies. Es bleibt noch eine Menge zu erforschen.

Bild: Die Plejaden, M45 sind ein offener Sternhaufes aus jungen, heißen Sternen. (Quelle: NASA/JPL)

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