Oberflächenkarte eines Braunen Zwergs erstellt

2-01_Rotation_g — Während einer kompletten Rotationsperiode werden Wolken und unterschiedliche Temperaturen auf der rund 1000°C heißen Oberfläche des Himmelskörpers deutlich. [ESO/Ian Crossfield]

Panoramakarte der Oberflächenstrukturen des Braunen Zwergs Luhman 16B, abgeleitet aus Beobachtungen mit dem Very Large Telescope. [ESO/Ian Crossfield]

Braune Zwerge sind Himmelskörper, die eine Sonderstellung zwischen Planeten und Sternen einnehmen. Mit einer Masse zwischen 13 und 75 Jupitermassen sind sie zu leicht, um in ihrem Inneren die für einen Stern charakteristische Wasserstofffusion zu zünden. Allerdings sind Braue Zwerge nicht gänzlich unsichtbar: ähnlich wie bei den in der Akkretionsphase befindlichen Protosternen, findet in Braunen Zwergen ein Deuterium-Brennen statt, welches sie sensibel für den Bereich der Infrarotbeobachtung werden lässt. Seit der Entdeckung von Gliese 229B wurden mehrere hundert Braune Zwerge gefunden, vor allem bei den Sterndurchmusterungen 2MASS (2 Micron All Sky Survey), DENIS (DEep Near Infrared Sky survey) und SDSS (Sloan Digital Sky Survey) sowie bei intensiven Durchmusterungen von Offenen Sternhaufen und Sternentstehungsgebieten. Bei Braunen Zwergen und Sternen mit weniger als 0,3 Sonnenmassen bildet sich keine Schalenstruktur aus, wie bei schwereren Sternen. Sie sind vollständig konvektiv, das heißt es findet ein Materietransport vom Kern bis zur Oberfläche statt, der zu einer vollständigen Durchmischung führt und die Temperaturverteilung im gesamten Inneren bestimmt. Untersuchungen von Methanzwergen wie z.B. Gliese 229B legen allerdings die Vermutung nahe, dass bei älteren kühleren Braunen Zwergen diese Konvektionszone nicht mehr bis zur Oberfläche reicht und sich stattdessen möglicherweise eine den Gasriesen ähnliche Atmosphäre ausbildet. Über Oberflächenmerkmale oder gar –details solcher exotischen Gebilde kann also in weiten Teilen bestenfalls gemutmaßt werden.

Bei einem erst im März 2013 entdeckten nahen Binärsystem Brauner Zwerge ist das nun etwas anders: Für das 6,5Lj entfernte System Luhman 16A und B gelang es erstmalig, mit Hilfe des Doppler-Imaging-Verfahrens eine Oberflächenkarte eines Braunen Zwergs auszuarbeiten. In diesem Verfahren werden systematische Frequenzverschiebungen des Sternlichts während einer Rotation dazu genutzt, um eine ungefähre Karte der Sternoberfläche rekonstruieren. Die Bewegung eines Objektes in Richtung Beobachter, oder von ihm weg, lässt sich indirekt über den Dopplereffekt nachweisen, denn das Licht verändert seine Wellenlänge in systematischer Weise, wenn sich die Quelle auf den Beobachter zubewegt oder sich entfernt. Dabei hängt das Ausmaß der Veränderungen von der Geschwindigkeit der Bewegung, bzw. davon ab, in welcher Richtung sie sich vollzieht.

Für hellere Flecken auf der Oberfläche eines rotierenden Sterns ergibt sich auf diese Weise ein Muster einander überlagernder Wellenlängenverschiebungen. Frühere Vermutungen deuteten bereits darauf hin, dass Braune Zwerge eine gefleckte Oberfläche besitzen sollten, die gegenwärtigen Daten beschreiben mutmaßlich eine unregelmäßige Wolkendecke, nicht unähnlich der Oberfläche des Jupiter. Allerdings unterscheidet sich ihre Zusammensetzung. Bei einer zu erwartenden Oberflächentemperatur von ca. 1000°C (Luhman 16B) schweben die Wolken aus gasförmigem Eisen und unterschiedlichen Mineralien in einer Wasserstoffatmosphäre.

Lars-C. Depka

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