Weißer und Brauner Zwerg tauschen Masse und Energie aus

Die intensive Strahlung eines Weißen Zwergsterns führt zu Temperaturunterschieden von bis zu 200 Grad auf der Oberfläche eines Braunen Zwergs. Das zeigen Beobachtungen des engen Doppelsystems J1433 mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO durch ein internationales Team von Astronomen. Die große Differenz zwischen Tag- und Nachtseite zeigt, dass die vom Weißen Zwerg eingestrahlte Energie sich in der Atmosphäre des Braunen Zwergs nur langsam ausbreitet und umverteilt. Das System liefere erstmals Einblicke in die Entwicklung und den Aufbau von diesen zwischen Sternen und Planeten liegenden Himmelsobjekten, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Enge Doppelsternsysteme sind eine Art natürliches Labor, in dem wir bestrahlte substellare Objekte beobachten können“, schreiben Juan Santisteban von der University of Southampton in Großbritannien und seine Kollegen. Als substellar bezeichnen Astronomen Himmelskörper, deren Masse nicht ausreicht, um in ihrem Inneren dauerhaft eine Kernfusion von Wasserstoff zu Helium anzutreiben. Die Massengrenze hierfür liegt beim 75-fachen der Jupitermasse. Bis hinab zum 13-fachen der Jupitermasse können die substellaren Körper jedoch Energie aus der Fusion von Deuterium – schwerem Wasserstoff – zu Helium gewinnen. In diesem Zwischenbereich zählen die Objekte daher nicht als Planet, sondern als Brauner Zwerg.

Im System J1433 umkreisen sich ein Weißer Zwerg und ein Brauner Zwerg alle 78 Minuten so eng, dass sich ihre Oberflächen nahezu berühren. Durch die starke Schwerkraft ist der Braune Zwerg deformiert und es fließt Gas aus seiner Atmosphäre auf den Weißen Zwerg hinüber. Santisteban und seine Kollegen gehen daher davon aus, dass der Braune Zwerg ursprünglich ein normaler Stern war, der erst durch den Massentransfer in den substellaren Bereich gerutscht ist. „Der Spender-Stern hat also den Übergang vom stellaren in den substellaren Bereich überstanden“, schreiben die Forscher. Damit habe man einen neuen Einblick in die Entwicklung enger Doppelsysteme erhalten.

Zudem liefert das System Erkenntnisse über die Physik der Atmosphäre des Braunen Zwergs. Da der Weiße Zwerg mit einer Temperatur von 13  000 Kelvin überwiegend im ultravioletten Bereich, der Braune Zwerg mit einer Temperatur von 2400 Kelvin dagegen überwiegend im infraroten Bereich leuchtet, konnten die Forscher die Strahlung der beiden Objekte bei ihren Beobachtungen leicht voneinander trennen. Es zeigte sich, dass die bestrahlte Seite des Braunen Zwergs im Durchschnitt 57 Grad heißer ist als seine vom Weißen Zwerg abgewandte Seite, wobei die maximale Temperaturdifferenz sogar 200 Grad beträgt. „Die Einstrahlung führt also hauptsächlich zu einer lokalen Erhöhung der Temperatur“, so die Wissenschaftler, „der Wärmetransport von der Tag- zur Nachtseite ist gering.“ Die Beobachtungen liefern damit Informationen für die theoretische Modellierung der Entwicklung und des Aufbaus Brauner Zwerge.