Planetensysteme: Braune Zwerge können's auch

Das Weltraumteleskop Spitzer enthüllt, dass sich auch in der Umgebung von Braunen Zwergen zumindest im Ansatz Planeten bilden. Damit erweist sich der Prozess der Planetenbildung als universeller und robuster als bisher vermutet.

Braune Zwerge entstehen wie ihre massereicheren Geschwister, die normalen Sterne, durch den Kollaps interstellarer Gas- und Staubwolken. Bei einem solcher Kollaps bildet sich eine zentrale Verdichtung, eingebettet in eine rotierende Scheibe aus Gas und Staub, die entsprechend ihrer Temperatur im infraroten Spektralbereich strahlt.

Der Kollaps der Gas- und Staubwolken endet, wenn der Anstieg von Druck, Temperatur und Dichte in der zentralen Verdichtung zum Einsetzen des Wasserstoffbrennens (Kernfusion) führt – damit wird die zentrale Verdichtung zu einem eigentlichen Stern. Reicht jedoch ihre Masse nicht aus, um die für Kernfusion erforderlichen Bedingungen herbeizuführen, so entsteht ein Brauner Zwerg: Er wird sich keine weiteren Energiequellen mehr erschließen können und bloß die durch den Kollaps erzeugte Kompressionswärme langsam abstrahlen.

Ein internationales Astronomenteam um Dániel Apai von der Universität von Arizona hat sechs junge Braune Zwerge aus dem 520 Lichtjahre entfernten Sternentstehungsgebiet im südlichen Sternbild Chamaeleon untersucht. Die Objekte sind zwischen einer und drei Millionen Jahre alt und sie bringen das 40- bis 70fache der Jupitermasse auf die Waage. Mit dem Spitzer-Weltraumteleskop nahmen die Forscher detaillierte Spektren im infraroten Licht auf, aus denen sich Informationen über die Größen der strahlenden Teilchen und deren mineralogische Zusammensetzung ableiten lassen.

Kristalliner Staub um Braune Zwerge | Das Diagramm zeigt mit dem Weltraumteleskop Spitzer aufgenommene Infrarotspektren der zirkumstellaren Staubscheiben von vier Braunen Zwergsternen im Sternbild Chamäleon (die mittleren vier Kurven). Zum Vergleich zeigt die oberste Kurve das typische von interstellarem Staub emittierte Infrarotspektrum und die unterste das von den Staubteilchen im Kometen Hale-Bopp, die an den Wachstums- und Kristallisationsprozessen der zirkumstellaren Staubscheibe um die junge Sonne teilgenommen haben. Die Kurven sind nach der Form der Spektren angeordnet und zeigen, dass die kleinsten Teilchen im interstellaren Raum vorkommen, die größten im Kometen. In den zirkumstellaren Scheiben der Braunen Zwerge kommen unterschiedliche Stadien des Wachstums und der Kristallisation vor.

Die Analyse der Daten ergab in fünf der sechs untersuchten Fälle, dass in den zirkumstellaren Scheiben dieser "misslungenen Sterne" die Staubteilchen aneinander haften und bereits größere Klumpen aus Olivin, einem siliziumhaltigen Mineral, und kristalline Strukturen bilden. Solche Gebilde finden sich auch in den Scheiben junger normaler Sterne und in Kometen – den Überresten aus der Bildungsphase unseres eigenen Planetensystems. Offenbar laufen also in den zirkumstellaren Scheiben der jungen Braunen Zwerge die selben Wachstums- und Kristallisationsprozesse ab, die bei normalen Sternen (einschließlich unserer Sonne) am Anfang der Planetenbildung stehen.

Weiterhin fanden sich Hinweise auf ein Abflachen der zirkumstellaren Scheiben, das beim Einsetzen der Wachstumsprozesse in der Staubkomponente auch zu erwarten ist. "Mit Spitzer können wir die Planetenbildung unter ganz unterschiedlichen Bedingungen untersuchen. Unsere Beobachtungen zeigen, dass die ersten Schritte der Planetenbildung in geringerem Maße von den Details abhängen als bisher vermutet", erklärt Apai. Und Kees Dullemond vom Max-Planck-Institut für Astronomie betont: "Dieses Ergebnis ist auch deshalb so wichtig, weil es die Theorien über Planetenbildung einschränkt und uns damit tiefere Einblicke in diesen Prozess ermöglicht".

Diese Beobachtungsergebnisse zeigen, das es sich bei zukünftigen Missionen zur Suche nach extrasolaren Planeten, wie die Mission Darwin der Esa und der Terrestrial Planet Finder (TPF) der Nasa, lohnen könnte, auch die Umgebung Brauner Zwerge nach Planeten zu untersuchen.