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SPITZER & HUBBLE
Detaillierte Wetterkarte für einen Braunen Zwerg
von Stefan Deiters
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14. Januar 2013

Astronomen haben mit den Weltraumteleskopen Spitzer und Hubble die Atmosphäre eines Braunen Zwergs untersucht und so die bislang detaillierteste Wetterkarte eines dieser sternenähnlichen Objekte erstellt. Sie zeigt planetengroße Wolkensysteme in unterschiedlichen Höhen, die von Winden angetrieben werden und den gesamten Braunen Zwerg umgeben.

Brauner Zwerg

So könnte die Atmosphäre des mit Spitzer und Hubble untersuchten Braunen Zwergs aussehen. Bild: NASA / JPL-Caltech

Braune Zwerge sind Objekte, die Astronomen zwischen Planeten und richtigen Sternen einordnen: Ihre Masse liegt über der eines Gasplaneten, aber gleichzeitig unter der Mindestmasse, die nötig wäre, um dauerhaft nukleare Fusionsprozesse in ihrem Inneren im Gang zu halten. Zudem nimmt man an, dass Braune Zwerge wie Sterne entstehen und bezeichnet sie deshalb manchmal auch als "verhinderte Sonnen".

Da in ihrem Inneren keine Energie erzeugt wird, dürften ihre Atmosphären in mancherlei Hinsicht eher denen von Gasriesen gleichen, obwohl diese meist eine noch deutlich niedrigere Temperatur aufweisen. Die Untersuchung von Braunen Zwergen kann den Astronomen somit nicht nur etwas über diese faszinierenden Objekte, sondern eventuell auch etwas über die Vorgänge in den Atmosphären von Gasriesen um andere Sterne verraten.

"Mit Hubble und Spitzer konnten wir in verschiedene Atmosphärenschichten des Braunen Zwergs schauen", so Daniel Apai von der University of Arizona in Tucson, der die Studie in der vergangenen Woche auf einer Tagung der American Astronomical Society im kalifornischen Long Beach vorstellte. Die Arbeit wird außerdem in einem Fachartikel beschrieben, der in den Astrophysical Journal Letters erschienen ist.

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Ziel der gleichzeitigen Beobachtungen mit Hubble und Spitzer war der Braune Zwerg 2MASSJ22282889-431026. Die Astronomen stellten dabei fest, dass dessen Licht etwa alle 90 Minuten heller und dunkler wird, was offenbar mit der Eigendrehung des Zwergs zu tun hat. Überraschenderweise hing allerdings der genaue Zeitpunkt der Helligkeitsänderungen von der Infrarot-Wellenlänge ab, in der beobachtet wurde.

Die Forscher erklären sich diese Variationen durch verschiedene Schichten aus Material in der Atmosphäre, in denen es jeweils Sturmsysteme gibt, die so groß sein können wie die Erde. Da bestimmte Infrarotwellenlängen von Wasserdampf und Methan in der oberen Atmosphäre verschluckt werden, andere hingegen auch aus tieferen Bereichen stammen, erlaubte die Beobachtung in verschiedenen Wellenlängenbereichen die Untersuchung unterschiedlicher atmosphärischer Schichten des Braunen Zwergs.

Dabei unterscheidet sich das "Wetter" auf einem Braunen Zwerg dramatisch von Wetterphänomenen auf der Erde: "Im Gegensatz zu den Wasserwolken der Erde oder den Ammoniakwolken des Jupiter, bestehen Wolken von Braunen Zwergen aus heißen Körnern aus Sand, flüssigen Tropfen aus Eisen und anderen exotischen Bestandteilen", erklärt Mark Marley vom Ames Research Center der NASA. "Diese gewaltigen atmosphärischen Störungen, die wir mit Spitzer und Hubble gefunden haben, geben dem Begriff 'extremes Wetter' eine ganz neue Bedeutung."

Mit ihren Beobachtungen konnten die Astronomen erstmals die Atmosphäre eines Braunen Zwergs gleichzeitig in verschiedenen Höhen untersuchen. Die Atmosphäre von 2MASSJ22282889-431026 ist mit einer Temperatur von 600 bis 700 Grad Celsius im Vergleich zu planetaren Atmosphären verhältnismäßig heiß, im Vergleich zu Sternen jedoch eher kühl.

"Was wir hier vor uns haben, ist der Beweis für gewaltige Wolkensysteme, die sich eventuell mit dem Großen Roten Fleck von Jupiter vergleichen lassen", so Adam Showman von der University of Arizona. "Die unterschiedlichen Helligkeitsvariationen sind eine Art Fingerabdruck, der verrät, wie sich die Wettersysteme des Braunen Zwergs vertikal anordnen. Die Daten deuten darauf hin, dass Regionen auf dem Braunen Zwerg, in denen es tief in der Atmosphäre eher wolkig ist und es viel Silikatdampf gibt, mit milderen, trockenen Bedingungen in größeren Höhen zusammenfallen - und umgekehrt."

Die Astronomen planen, noch zahlreiche weitere nahegelegene Braune Zwerge mit Spitzer und Hubble ins Visier zu nehmen. "Von solchen Untersuchungen werden wir sehr viel über diese bedeutende Klasse von Objekten lernen, deren Masse zwischen der von Sternen und von Jupiter-ähnlichen Planeten liegt", so Glenn Wahlgren, Spitzer-Projektwissenschaftler am NASA-Hauptquartier in Washington. "Dieses Verfahren wird noch größere Anwendung finden, wenn wir erst in der Lage sind, individuelle Exoplaneten zu beobachten."

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siehe auch
Keck: Wolkiges Wetter auf einem Braunen Zwerg - 8. Oktober 2008
Braune Zwerge: Gewaltige Stürme und Regen aus Eisen - 24. Mai 2002
Links im WWW
Spitzer, Seite der NASA
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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