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Doppelstern: Ein Brauner Zwerg umkreist eine junge Sonne

Das System PZ Tel AB
Das Doppelsternsystem PZ Tel AB
Das Doppelsternsystem PZ Tel AB | Nur rund 18 Astronomische Einheiten trennen den Braunen Zwerg PZ Tel B von seinem Zentralgestirn PZ Tel A. Der Hauptstern wurde hier durch eine Koronografenmaske ausgeblendet, damit sein Licht nicht das schwache Leuchten seines Begleiters überstrahlt. Zum Größenvergleich ist die Umlaufbahn des äußersten Planeten Neptun mit einem Radius von 30 Astronomischen Einheiten eingezeichnet.
Mit Hilfe der adaptiven Optik NICI (Near-Infrared Coronagraphic Imager) am Acht-Meter-Teleskop Gemini South in Chile gelangen einem Forscherteam um Beth Biller an der University of Hawaii Bilder eines Doppelsternsystems mit zwei sehr unterschiedlichen Partnern. Ein Brauner Zwerg umkreist in einer Entfernung von 18 Astronomischen Einheiten (2,7 Milliarden Kilometer) den sonnenähnlichen Stern PZ Tel A. Dabei entspricht die Entfernung von PZ Tel B, so die Bezeichnung des Begleiters, etwa derjenigen von Uranus zur Sonne. Das System PZ Tel AB im Sternbild Teleskop ist rund 175 Lichtjahre von uns entfernt.

Die bisherigen Funde belegen, dass Braune Zwerge in Doppelsternsystemen ihr Zentralgestirn in Abständen von wenigstens 50 Astronomischen Einheiten umkreisen. PZ Tel B weist eine Masse von 36 Jupitermassen auf und ist damit deutlich zu massereich für einen Planeten. Hier gilt eine Masse von rund 13,7 Jupitermassen als Obergrenze, denn oberhalb dieses Grenzwerts kommt es im Inneren von Braunen Zwergen kurzzeitig zu Fusionsprozessen. Dabei verschmelzen die Atomkerne von Deuterium, einem schweren Wasserstoffisotop, zu Helium. Da Braune Zwerge aber nur geringe Mengen von Deuterium enthalten, ist diese Phase spätestens nach wenigen Millionen Jahren vorbei. Danach strahlt der Braune Zwerg nur noch Wärme durch Kompression ab, da er nach und nach zusammenschrumpft bis schließlich auch diese Phase endet und er auskühlt.  

Zwergenparade
Zwergenparade | Nur geringfügig größer als der Planet Jupiter ist der Braune Zwerg PZ Tel B, hier im Vergleich zur Sonne und einem massearmen Zwergstern dargestellt.
Schon im Jahr 2003 war PZ Tel A im Infraroten beobachtet worden, wobei er durch einen Infrarotüberschuss auffiel. Dieser lässt sich aus der Existenz einer Staubscheibe um den Zentralstern erklären, die durch dessen Strahlung aufgeheizt wird. Hier stellte sich nun die Frage, ob sich in dieser Scheibe vielleicht gerade Planeten bilden oder schon welche entstanden sind. Daher nahm Beth Biller mit dem Instrument NICI, das speziell für die Suche nach Exoplaneten und Braunen Zwergen entwickelt wurde, das System ins Visier und stieß prompt auf den Begleiter.

NICI ist eine adaptive Optik, die im nahen Infrarot sowohl die Luftunruhe ausschaltet als auch mit einer Koronografenmaske das Licht des Zentralsterns ausblendet. So lassen sich lichtschwache Objekte im unmittelbaren Umfeld um das Zentralgestirn erkennen. In diesem Fall trennen nur 0,33 Bogensekunden den Begleiter von seinem Stern. Im Jahr 2003 befand sich der Begleiter übrigens zu nah bei seinem Stern, um mit den damaligen Verfahren sichtbar zu sein.

Die gute Sichtbarkeit des Begleiters liegt auch daran, dass PZ Tel AB ein sehr junges System ist. Spektrale Daten des Hauptsterns mit dem Spektraltyp K0 und einer Masse von 1,25 Sonnenmassen weisen darauf hin, dass sich der Doppelstern erst vor rund zwölf Millionen Jahren bildete. Zum Vergleich: unser Sonnensystem entstand vor rund 4,5 Milliarden Jahren. Somit ist der Braune Zwerg an seiner Oberfläche noch rund 2400 Grad Celsius heiß und leuchtet hell im Infraroten.

Die Forscher beobachteten das Doppelsternsystem im Abstand von einem Jahr und konnten nachweisen, dass sich PZ Tel B eindeutig in einer Umlaufbahn um PZ Tel A befindet und sein Zentralgestirn in rund 80 Jahren einmal umrundet. Dabei ist seine Bahn stark elliptisch, möglicherweise durch eine gravitative Wechselwirkung mit einem weiteren Körper im System. Ob sich um PZ Tel A noch weitere Begleiter befinden, ist derzeit noch unklar. Möglicherweise wurden sie durch die Schwerkraft von PZ Tel B aus dem System herausbefördert und sind somit verschwunden.

Tilmann Althaus

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