Neue Erkenntnisse zur Entstehung Brauner Zwerge

Ein Team um LMU-Astrophysikerin Basmah RIaz hat erstmals eine spezielle Methanverbindung außerhalb des Sonnensystems nachgewiesen.

Braune Zwerge sind seltsame Himmelskörper, sie nehmen eine Art Zwischenstellung zwischen Sternen und Planeten ein. Astrophysiker bezeichnen sie bisweilen als „missglückte Sterne“. Denn sie haben nicht genügend Masse, um in ihrem Kern Wasserstoff zu verbrennen und wie Sterne zu leuchten. Forschende diskutieren immer wieder, ob die Entstehung von Braunen Zwergen einfach eine verkleinerte Version der Entstehung von sonnenähnlichen Sternen ist. Im Fokus haben die Astrophysiker dabei die jüngsten Braunen Zwerge, auch Proto-Braune Zwerge genannt. Sie sind nur wenige tausend Jahre alt und befinden sich noch in der frühen Entstehungsphase. Die Wissenschaftler wollen dabei wissen, ob die Zusammensetzung von Gas und Staub dieser Proto-Braunen Zwerge der in den jüngsten sonnenähnlichen Proto-Sternen ähnelt.

Im Mittelpunkt des Interesses steht dabei Methan, ein einfaches und sehr stabiles Gasmolekül, das, wenn es einmal entstanden ist, nur durch energiereiche physikalische Vorgänge zerstört werden kann. Man findet es daher in mehreren extrasolaren Planeten. In der Vergangenheit hat Methan eine grundlegende Rolle bei der Suche und Untersuchung der Eigenschaften der ältesten Braunen Zwerge in unserer Galaxie gespielt, die einige hundert Millionen bis Milliarden Jahre alt sind.

Nun hat ein Team um LMU-Astrophysikerin Basmah RIaz erstmals eindeutig sogenanntes deuteriertes Methan (CH3D) in drei verschiedenen Proto-Braunen-Zwergen nachgewiesen. Es sei der erste klare Nachweis von CH3D außerhalb des Sonnensystems. Dies sei ein unerwartetes Ergebnis.

Proto-Braune Zwerge sind sehr kalt und dicht. Das macht es schwierig, sie im nahen Infrarot auf Methansignaturen zu untersuchen. Im Millimeter-Wellenbereich dagegen lassen sie sich leicht beobachten. Dort lässt sich zwar kein Methan nachweisen, das aufgrund seiner Symmetrie keine spektrale Signatur im Radiobereich hat, aber eben CH3D.

Der erste Nachweis von CH3D war umso erstaunlicher, da nach gängigen Theorien zur Entstehung Brauner Zwerge die Proto-Braunen Zwerge mit 10 Kelvin kühler und dichter sind als Proto-Sterne. Nach der chemischen Theorie wird CH3D bevorzugt gebildet, wenn das Gas warm ist, also bei Temperaturen um 20 bis 30 Kelvin. „Die Messungen implizieren, dass zumindest ein signifikanter Anteil des Gases in einem Proto-Braunen Zwerg wärmer als 10 Kelvin ist, sonst dürfte CH3D dort überhaupt nicht vorkommen“, sagt Riaz. Die CH3D -Häufigkeitsmessung liefert den Wissenschaftlern auch eine Schätzung der Methanhäufigkeit.

Unerwartet ist auch, dass das LMU-Team CH3D in drei Proto-Braunen Zwergen nachgewiesen hat, während dies bisher nur bei einem sonnenähnlichen Proto-Stern gelang. Dies bedeutet, dass proto-braune Zwerge eine reichhaltige warme organische Chemie aufweisen und dass diese kühlen, kompakten astrophysikalischen Objekte möglicherweise nicht einfach eine verkleinerte Nachbildung von Protosternen sind. „Das Methan in den Proto-Braunen Zwergen könnte in den ältesten Braunen Zwergen überleben oder auch nicht“, sagt Co-Autor Wing-Fai Thi vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Da eine warme Umgebung die Bildung komplexerer Moleküle begünstigt, sind proto-braune Zwerge interessante Objekte, um in Zukunft nach diesen Molekülen zu suchen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Basmah Riaz
Universitäts-Sternwarte München
Ludwig Maximilians Universität
Tel: +49-(0)89-2180-6002

Originalpublikation:

First CH3D detection in Class 0/I proto-brown dwarfs: constraints on CH4 abundances, Basmah Riaz, Wing-Fai Thi, in: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 2021.
https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac007

https://www.lmu.de/de/newsroom/newsuebersicht/news/wie-braune-zwerge-entstehen.html