Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops haben Astronomen herausgefunden, dass Planeten bildende Scheiben im Orionnebel tatsächlich „gescheiterte Sterne“ oder Braune Zwerge umgeben. Dies ist die erste Bestätigung, dass planetenbildende, abgeflachte Gas- und Staubwolken, sogenannte „protoplanetare Scheiben“, diese eigenartigen kosmischen Objekte umgeben.
Das Team entdeckte dies, als es mit dem James Webb Space Telescope (JWST) Beobachtungen von protoplanetaren Scheiben oder „Proplyden“ verfolgte, die im Orionnebel von ultraviolettem Licht beleuchtet wurden. Diese Beobachtungen wurden vom Hubble-Weltraumteleskop gesammelt.
Diese Erkenntnisse könnten Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie Braune Zwerge entstehen und warum sie die letzte Hürde, die nötig ist, um ein vollwertiger Stern zu werden, nicht überwinden können. Darüber hinaus könnte die Entdeckung dabei helfen, herauszufinden, ob diese frei schwebenden Körper letztendlich eigene Planeten umkreisen können, obwohl sie nicht zu echten Sternen werden.
Braune Zwerge erhalten ihren etwas unfairen Spitznamen „gescheiterte Sterne“, weil sie wie Sterne direkt aus riesigen Gas- und Staubwolken entstehen. Allerdings sammeln sie nicht genug Masse an, um in ihren Kernen den Druck und die Temperatur zu erzeugen, die nötig sind, um die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium auszulösen, den Prozess, der die Hauptreihenlebensdauer eines Sterns bestimmt.
Braune Zwerge haben eine Masse zwischen dem 13- und 75-fachen der Jupitermasse bzw. dem 0,13- bis 0,75-fachen der Sonnenmasse und haben kühle Temperaturen. Daher strahlen sie schwaches, energiearmes Infrarotlicht aus.
„Sterne werden in riesigen Gas- und Staubwolken im Weltraum geboren, die einen Durchmesser von Lichtjahren haben können und Nebel genannt werden“, sagte Team-Co-Leiter Kevin Luhman vom Eberly College of Science der Penn State University in einer Erklärung. „Jahrzehntelang vermuteten Astronomen, dass kurz nach der Verschmelzung eines Sterns in einem Nebel Planeten in einer Scheibe aus Gas und Staub entstehen, die den neugeborenen Stern umgibt, einer sogenannten protoplanetaren Scheibe.“
Braune Zwerge dürfen als Planeteneltern nicht versagen
Es dauerte nicht lange nach dem Hubble-Start im Jahr 1990, dass das bahnbrechende Weltraumteleskop der NASA direkte Bilder von protoplanetaren Scheiben im Orionnebel aufnahm. Der nur 1.500 Lichtjahre entfernte Orion ist die der Erde am nächsten gelegene große Sternentstehungsregion und beherbergt etwa 2.000 neugeborene Sterne.
„Einige der in Nebeln wie dem Orion geborenen Objekte haben Massen, die zu klein sind, als dass sie eine Wasserstofffusion durchlaufen könnten, daher sind sie kühl und schwach und gelten nicht als vollwertige Sterne“, sagte Catarina Alves de Oliveira, eine der Teamleiterinnen , Leiter der Abteilung für wissenschaftliche Operationsentwicklung bei der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), sagte in der Erklärung. „Diese sternähnlichen Körper, denen es an Fusion mangelt, sind als Braune Zwerge bekannt. Die Frage ist, können wir Proplyden um einen der Braunen Zwerge im Orion herum finden?“
Tatsächlich schienen einige der von Hubble im Orionnebel beobachteten Proplyden in ihren Zentren schwache Objekte zu haben, bei denen es sich um Braune Zwerge handeln könnte. Das Problem bestand jedoch darin, dass die von Hubble gesammelten Beobachtungen nicht empfindlich genug waren, um festzustellen, ob diese schwachen Körper die mit diesen gescheiterten Sternen verbundenen kühlen Temperaturen aufwiesen.
Hier kommt das JWST ins Spiel – das empfindlichste Infrarot-Weltraumteleskop, das jemals von der Menschheit gebaut wurde. Es eignet sich perfekt zur Messung der Temperaturen schwacher Objekte im Orionnebel, bei denen es sich möglicherweise um Braune Zwerge handelt, einschließlich der Proplyden, die Hubble vor drei Jahrzehnten beobachtet hat.
Die Astronomen führten Spektroskopie an mehreren Kandidaten für Braune Zwerge im Orion durch und stellten fest, dass mindestens 20 von ihnen kühl genug sind, um als Braune Zwerge bezeichnet zu werden. Der kleinste von ihnen hat etwa die 0,05-fache Masse der Sonne und etwa die fünffache Masse des Jupiter.
Das Team entdeckte außerdem zwei Objekte, die genau an der vorgeschlagenen Grenze für die Masse liegen, die zum Auslösen dieser wichtigen Fusionsreaktion erforderlich ist. Diese beiden haben etwa das 0,75-fache der Sonnenmasse. Die Forscher konnten daher nicht ableiten, ob es sich bei den beiden Körpern um große Braune Zwerge oder kleine Sterne handelt.
„Die neuen JWST-Beobachtungen haben in Bezug auf Braune Zwerge im Orion nur an der Oberfläche gekratzt“, sagte Luhman. „Der Nebel enthält ein paar hundert schwache Objekte, bei denen es sich um Braune Zwerge handeln könnte, die für die Spektroskopie mit dem JWST reif sind. Zukünftige Beobachtungen von Orion mit dem JWST könnten möglicherweise viele weitere Beispiele von Proplyden um Braune Zwerge finden und die kleinste Masse bestimmen, bei der Braune vorhanden sind.“ Zwerge existieren.
„Diese Informationen werden uns helfen, die Lücken in unserem Wissen über die Entstehung Brauner Zwerge und ihre Beziehung zu Sternen und Planeten zu schließen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. Ein Vorabdruck ist auf der Repository-Site arXiv verfügbar.
