Braune Zwerge: Entstanden wie Sterne oder wie Planeten?

astronews.com Redaktion

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Braune Zwerge haben eine Masse, die zwischen der massereicher Planeten und massearmer Sterne liegt. Oft werden sie als verhinderte Sterne beschrieben, da sie nicht über ausreichend Masse verfügen, um dauerhaft nukleare Fusionsprozesse zu starten. Ob sie tatsächlich wie Sterne entstehen, oder vielmehr wie Planeten, weiß man bislang nicht. Neue Beobachtungen könnten nun helfen, diese Frage zu klären. (15. April 2019)

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ralfkannenberg

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Hallo zusammen,

ich persönlich vermute, dass beide Entstehungsarten vorkommen, es sei denn, es gibt strikte physikalische Gründe, die einen von ihnen ausschliessen. Am Ende bleibt dann ein grosser "Wasserstoffball" übrig, der sich entweder wie ein Super-Planet aus ~90% Wasserstoff oder wie ein "ultraleichter Weisser Zwerg aus vielleicht ebenfalls 90% (?) Wasserstoff" benimmt.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bynaus

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Vermutlich überschneiden sich die Massenbereiche der grössten Planeten und der kleinsten Sterne (bzw, Objekte, die wie Sterne entstehen) tatsächlich, und zwar in einem Bereich, in dem auch das Deuteriumbrennen stattfindet. In diesem Fall befinden sich die Massen im unteren Bereich der Überschneidung, bei 21 und 24 Jupitermassen. H-Brennen beginnt erst bei ca. 78 Jupitermassen. Das ust also noch viel Spielraum.

@Ralf: mit einem Weissen Zwerg ist das nicht vergleichbar... (der besteht ja hauptsächlich aus Kohlenstoff oder noch schwereren Elementen)
 

Protuberanz

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Wenn beide Entstehungsarten für braune Zwerge zutreffen, ist es dann vielleicht auch möglich, das aus der protoplanetaren Scheibe ein Stern entsteht, vorausgesetzt es ist genügend Material vorhanden, oder durch Kollision und Verschmelzung zweier sehr massereicher brauner Zwerge? Wenn ja, was ist das dann für ein Objekt? Ein echter Stern, oder ein sternähnlicher Planet? Und ist es im umgekehrten Fall auch möglich, das ein vagabundierender Planet nicht unbedingt aus einem System gekickt wurde, sondern frei durch Materiezusammenballung wie ein Stern, oder freier brauner Zwerg entsteht, nur das die Gas- und Staubmenge eben nicht einmal für einen braunen Zwerg ausreicht. Da das dann ja per Definition kein Planet sein kann, was ist das dann?
 

ralfkannenberg

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@Ralf: mit einem Weissen Zwerg ist das nicht vergleichbar... (der besteht ja hauptsächlich aus Kohlenstoff oder noch schwereren Elementen)
Hallo Bynaus,

wir haben uns über dieses Thema schon einmal unterhalten. Aus astronomischer Sicht hast Du "statistisch" recht, weil die grosse Mehrheit der Weissen Zwerge immerhin auch das Kohlenstoffbrennen hinter sich gebracht haben.

Es gibt aber auch Weisse Zwerge aus Helium und wird in ferner Zukunft noch zahlreiche weitere von denen geben und wenn man die Weissen Zwerge "physikalisch" betrachtet, dann sind die massenreichen Braunen Zwerge, konkret jene, die aus entartetem Wasserstoff bestehen, solche "ultraleichten Weisse Zwerge". Astronomisch indes benennt man sie nicht so, da hast Du natürlich recht. Vielleicht sollte ich diese Wortwahl konsequent in doppelte Anführungszeichen setzen.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bynaus

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Ich hab jetzt das arxiv-Preprint überflogen, und die interessanteste Schlussfolgerung aus meiner Sicht ist die: im Massenbereich zwischen 10 und 20 Jupitermassen ist die Überschneidung am grössten. Unter 10 Jupitermassen enstehen fast alle Objekte wie Planeten. Über 20 Jupitermassen entstehen fast alle Objekte wie Sterne (durch Gravitationskollaps). Ausgerechnet im Bereich, wo das Deuterium-Brennen anfängt sind beide Entstehungsarten etwa gleich häufig... Ich musste lachen ab dieser Ironie!

@Protuberanz: Die "Massenfunktion" der Planetenentstehung tendiert über 20 Jupitermassen asymptotisch gegen Null. Okay, das Universum ist riesig, und vielleicht kam es an irgend einer Ecke schon einmal vor, dass sich ein "echter" Stern in einer Planetenbildenden Scheibe gebildet hat. Aber nach allem, was wir heute wisssen, muss das so selten sein, dass es keine Rolle spielt.

@Ralf: Möglicherweise haben wir das schon mal diskutiert, ich gebe dir aber sicher die gleiche Antwort wie letztes Mal. Erstens, wie du sagst, gibt es noch keine Helium-Zwerge, weil diese am Ende der Entwicklung von M-Zwergen stehen und das Universum noch nicht alt genug dafür ist. Zweitens, selbst wenn, es sind HELIUM-Zwerge, sie bestehen also vorwiegend aus Helium, nicht aus Wasserstoff, wie Gasriesen und Braune Zwege. Es sind schlicht und einfach ganz andere Objekte, mit einer anderen Geschichte, deshalb auch einem ganz anderen Leuchtverhalten, und so weiter.
 

ralfkannenberg

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@Ralf: Möglicherweise haben wir das schon mal diskutiert, ich gebe dir aber sicher die gleiche Antwort wie letztes Mal. Erstens, wie du sagst, gibt es noch keine Helium-Zwerge, weil diese am Ende der Entwicklung von M-Zwergen stehen und das Universum noch nicht alt genug dafür ist. Zweitens, selbst wenn, es sind HELIUM-Zwerge, sie bestehen also vorwiegend aus Helium, nicht aus Wasserstoff, wie Gasriesen und Braune Zwege. Es sind schlicht und einfach ganz andere Objekte, mit einer anderen Geschichte, deshalb auch einem ganz anderen Leuchtverhalten, und so weiter.
Hallo Bynaus,

ich weiss. Trotzdem stellt sich die Frage, ob man alle diese Unterscheidungen wie Entstehungsgeschichte u.s.w. machen soll wenn am Ende dasselbe Objekt herauskommt.

So kennt man durchaus einige Helium Weisse Zwerge, obgleich das Universum noch zu jung für diese ist, aber als engstehende Doppelsternpartner haben sie Masse verloren, so dass das möglich war, ehe sie "bis zum Schluss" auf der Hauptreihe verbleiben mussten.

Was nun: sollte man diese als Weisse Zwerge bezeichnen oder nicht ? Physikalisch sind sie es, entstehungsgeschichtlich sind sie es wenigstens ein bisschen, im Gegensatz zu den entarteten Braunen Zwergen, die nie auf der Hauptreihe waren, sondern gleich ihren entarteten Endzustand eingenommen haben und somit nur physikalisch solche Gebilde sind.


Freundliche Grüsse, Ralf
 

ralfkannenberg

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Über 20 Jupitermassen entstehen fast alle Objekte wie Sterne (durch Gravitationskollaps). Ausgerechnet im Bereich, wo das Deuterium-Brennen anfängt sind beide Entstehungsarten etwa gleich häufig... Ich musste lachen ab dieser Ironie!
Hallo Bynaus,

ich habe die Ironie noch nicht ganz verstanden ... - kannst Du ein bisschen helfen ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bynaus

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@Ralf: Ja, ich weiss, ein paar wenige Helium-Weisse Zwerge (HeWZ) gibt es aus exotischen Gründen (ich hatte das erst geschrieben, dann aber wieder rausgelöscht weil nicht wirklich relevant). Ja, HeWZ sind Weisse Zwerge, das stellt niemand in Abrede. Du ignorierst aber, dass HeWZ klar von Braunen Zwergen und massiven Planeten unterscheidbar sind, anhand ihrer hohen Häufigkeit von Helium im Vergleich zu Wasserstoff. HeWZ sind Endprodukte der Kernfusion. Für Braune Zwerge gilt das nur minimalst, D-D-Brennen erhöht das 3He/4He-Verhältnis nur minimal (wie wir aus dem Vergleich der Sonnen- und Jupiteratmosphären sehen). Helium ist nicht Wasserstoff, und ein Körper, der hauptsächlich aus Helium besteht, verhält sich anders als einer, der hauptsächlich aus Wasserstoff besteht. Braund Zwerge sind keine Weissen Zwerge und erst recht keine HeWZ.
 

Bynaus

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Hallo Bynaus,

ich habe die Ironie noch nicht ganz verstanden ... - kannst Du ein bisschen helfen ?


Freundliche Grüsse, Ralf

Weil das Deuterium-Brennen so lange als Unterscheidungs-Kriterium zwischen Planeten und Braunen Zwergen betrachtet wurde. Nun zeigt sich, dass ausgerechnet in dem Bereich, in dem es beginnt, etwa gleich viele Objekte wie Planeten bzw. wie Sterne entstehen. Das heisst, ein Objekt innerhalb von ein paar Jupitermassen dieser Grenze könnte sowohl wie ein Stern, als auch wie ein Planet entstanden sein. Ein Objekt mit, sagen wir, 11 Jupitermassen könnte wie ein Stern entstanden sein, ein anderes mit 15 Jupitermassen wie ein Planet. Es ist doch ironisch, dass die Überlappung tatsächlich exakt in diesem Bereich am höchsten ist!
 

Bernhard

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Es ist doch ironisch, dass die Überlappung tatsächlich exakt in diesem Bereich am höchsten ist!
D.h. wer den Schaden hat, muss für den Spott nicht sorgen :) . [klugscheissermodus]Nüchtern betrachtet zeigt es, dass die allgemeine Anschauung, aus der naheliegende Hypothesen ja gebildet werden, eben auf der Erde und nicht im Weltall gebildet wurde.[/klugscheissermodus]
 

ralfkannenberg

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@Ralf: Ja, ich weiss, ein paar wenige Helium-Weisse Zwerge (HeWZ) gibt es aus exotischen Gründen (ich hatte das erst geschrieben, dann aber wieder rausgelöscht weil nicht wirklich relevant). Ja, HeWZ sind Weisse Zwerge, das stellt niemand in Abrede. Du ignorierst aber, dass HeWZ klar von Braunen Zwergen und massiven Planeten unterscheidbar sind, anhand ihrer hohen Häufigkeit von Helium im Vergleich zu Wasserstoff. HeWZ sind Endprodukte der Kernfusion.
Hallo Bynaus,

das Problem, das ich an dieser Stelle in Deiner Argumentation sehe, ist, dass Du an historischen Begriffen sowie letztlich der zeitlichen Reihenfolge der Entdeckungen "klebst ". Daraus folgt dann natürlich, dass Weisse Zwerge – diesen Namen bekamen sie übrigens nur deswegen, weil Russell, der zusammen mit Hinks eine Spektralanalyse durchgeführt hatte, es nicht fassen konnte, dass 41 Eri B keine Rote Zwergsonne war, wie man das für einen sonnennahen Stern seiner scheinbaren Helligkeit erwarten würde, sondern sich ausgerechnet am anderen Ende des Spektrums befand (also nicht nur so ein bisschen woanders !) und daraus dann direkt folgte, dass diese Sterne keine sonderlich grosse Oberfläche haben können.

Zu diesem Zeitpunkt war die wahre Natur dieser Sterne noch nicht verstanden, erst später fanden die Physiker heraus, dass die Weissen Zwerge solche Sterne waren, die ihren "Brennstoffvorrat" aufgebraucht hatten und einen Gravitationskollaps erlitten haben, der erst vom Pauli’schen Ausschliessungsprinzip für Elektronen gestoppt wurde, d.h. es sind etwas vereinfacht formuliert Sterne betroffen, denen dieser "Brennstoffvorrat" während des Heliumbrennens, während des Kohlenstoffbrennens oder während des Neonbrennens ausgegangen ist.

Damit kannte man zumindest eine Art, wie solche Weisse Zwerge entstehen konnten.

Inzwischen kennt man auch Weisse Zwerge, die dadurch entstanden sind, dass ein massereicherer nahestehender Doppelsternpartner ihnen Masse "abgesogen" hat, so dass der vorgenannte "Brennstoffvorrat" eben schon früher aufgebraucht war. Zumindest für Sterne, die sich während des Heliumbrennens oder während des Kohlenstoffbrennens befanden; zu denen, bei denen schon das Neonbrennen eingesetzt hatte, also solchen mit über ~1 Sonnenmasse, ist mir keine Publikation bekannt, was aber nicht zu heissen braucht, dass es keine solche Publikation gibt.

Das sind auch nicht wirklich exotische Gründe, denn nahe beisammenstehende Doppelsternsysteme mit Massenfluss von einem Stern zum anderen sind nun auch nicht so eine extreme Seltenheit. Wie gesagt: ich würde bei solchen Objekten primär auf das Endprodukt und weniger auf deren Entstehungsgeschichte schauen. Und dann gibt es eben Weisse Zwerge, die - erneut stark vereinfacht - grossenteils aus entartetem Helium bestehen, dann solche, die grossenteils aus entartetem Kohlenstoff bestehen und schliesslich solche, die grossenteils aus entartetem Neon bestehen.

Und dann folgt natürlich ganz zwanglos die Frage, ob es noch weitere solche Objekte aus entarteter Materie gibt, deren Gravitationskollaps vom Pauli’schen Ausschliessungsprinzip für Elektronen gestoppt wird.

Und ja – die Antwort lautet eben nicht nein. Und auch massemässig setzen sie die Reihe der Weissen Zwerge nach unten hin nahtlos fort. Auch dann, wenn man ihnen nicht den Namen "Weisse Zwerge" zugestehen möchte, weil historisch aufgrund der vorhandenen Beobachtungsmöglichkeiten bedingt man diese eben damals noch nicht entdecken konnte. Dass sich nur solche, die die Hauptreihe durchlaufen haben, einer damaligen Entdeckung nicht entzogen haben, heisst aber doch nicht, an dieser Begriffsbildung auch heutzutage noch stur festhalten zu müssen !


Für Braune Zwerge gilt das nur minimalst, D-D-Brennen erhöht das 3He/4He-Verhältnis nur minimal (wie wir aus dem Vergleich der Sonnen- und Jupiteratmosphären sehen). Helium ist nicht Wasserstoff, und ein Körper, der hauptsächlich aus Helium besteht, verhält sich anders als einer, der hauptsächlich aus Wasserstoff besteht. Braund Zwerge sind keine Weissen Zwerge und erst recht keine HeWZ.
Mit dem identisch gleichen Argument könntest Du nun vier verschiedene Kategorien Sterne einführen, nämlich solche aus entartetem Wasserstoff, solche aus entartetem Helium, solche aus entartetem Kohlenstoff und solche aus entartetem Neon. Und ja, ich weiss auch, dass Helium ist nicht Wasserstoff ist, ebensowenig wie Helium Kohlenstoff oder Neon ist. Und ja, ich weiss auch, dass sich ein Körper, der hauptsächlich aus Helium besteht, anders verhält als einer, der hauptsächlich aus Wasserstoff besteht. Ebenso, wie sich ein Körper, der hauptsächlich aus Kohlenstoff oder gar Neon besteht, anders verhält als einer, der hauptsächlich aus Helium besteht.

Historisch gesehen war die Unterscheidung über das Argument der Hauptreihe sicherlich sinnvoll, da bin ich auch voll bei Dir. Aber die Forschung bleibt nicht stehen.

Deswegen sollte man meiner Ansicht nach mit dem heutigen Wissen den Massenbereich in den Vordergrund stellen und ab welchen Massen ein Deuteriumbrennen (ca. 13fache Jupitermasse), ab welchen Massen ein Lithium(ver)brennen (ca. 65fache Jupitermasse) und ab welchen Massen dann auch ein Wasserstoffbrennen zu Helium bzw. die höheren Fusionsstufen einsetzen können. Hier sind doch die physikalischen Ursachen für diese verschiedenen Erscheinungsformen zu suchen, und nicht dort, ob ein Stern auf der Hauptreihe war oder nicht. Letzteres ist beobachtungstechnisch natürlich von herausragender Bedeutung, ganz klar, aber eben auch direkt mit dem Wasserstoffbrennen korreliert.

Dann gäbe es übrigens auch keinerlei Anlass für diese Ironie bzw. Überraschung, sondern man hätte einfach eine Grenze bezüglich der Massen.


Noch eine andere Frage - ich kann den Grund Deiner Ironie im genannten Preprint gar nicht finden. Meinst Du auch die Arbeit über nue Ophiuchi und seine beiden Braunen Zwerg-Begleiter ?


Freundliche Grüsse, Ralf
 

Bynaus

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Es hat nichts mit "an historischen Begriffen kleben bleiben" zu tun. Braune und Weisse Zwerge sind nun mal ganz andere Typen von Objekten mit einer ganz anderen Geschichte. Sie in den gleichen Topf werfen zu wollen macht keinen Sinn. Das Lama und das Nashorn haben auch beide je vier Beine, das macht sie nicht zum gleichen Tier... Du willst das Kriterium "entartete Materie" nehmen und alle Objekte, die sie enthalten, in die gleichen Topf werfen? Viel Glück, damit wirst du nie einen Astronomen überzeugen.
 
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