Astronomen messen erstmals die Windgeschwindigkeit an einem Braunen Zwerg. Spoiler: Wahnsinnig schnell

In gewisser Weise sind Braune Zwerge die stellaren Sonderlinge der Natur. Viele Sterne zeigen zu verschiedenen Zeiten ihrer Entwicklung ein seltsames Verhalten. Aber Braune Zwerge sind sich nicht einmal sicher, ob sie überhaupt Sterne sind.

Aber das bedeutet nicht, dass Astronomen sie nicht studieren und verstehen wollen.

Braune Zwerge besetzen eine Nische im Universum. Sie sind massereicher als die größten Gasriesen (die selbst manchmal als „fehlgeschlagene Sterne“ bezeichnet werden, weil sie nie genug Masse haben, um die Fusion zu entzünden). Aber Braune Zwerge sind auch kleiner als die masseärmsten Sterne.

Also sitzen sie irgendwie an diesem glücklichen – oder unglücklichen – Ort. Im Gegensatz zu ihren stellaren Gegenstücken auf der Hauptfolge , Braune Zwerge sind nicht massiv genug, um Wasserstoff oder sogar Helium zu fusionieren. Aber sie könnten Deuterium und sogar Lithium verschmelzen. Forschung ab 2017 zeigt, dass es sie in Hülle und Fülle gibt, und es kann so viele Braune Zwerge geben wie andere Sterne. Also studieren Astronomen sie und wollen ihre Geheimnisse lüften.

Ein Größenvergleich zwischen der Sonne, einem Stern mit geringer Masse, einem Braunen Zwerg, Jupiter und der Erde. Bildnachweis: NASA

Kürzlich hat sich ein internationales Forscherteam auf den Weg gemacht, den Braunen Zwerg zu untersuchen 2MASS J1047+21 . Er ist 33 Lichtjahre von der Erde entfernt und ist damit einer der nächsten Braunen Zwerge. Das Team wollte die Windgeschwindigkeit des Zwergs messen und erfand dazu eine neuartige Technik.

„Zum ersten Mal haben wir die Windgeschwindigkeit eines Braunen Zwergs gemessen – zu groß, um ein Planet zu sein, zu klein, um ein Stern zu sein.“

Peter K. G. Williams, Zentrum für Astrophysik und American Astronomical Society

Am 9. April gab das Team, zu dem Wissenschaftler des Center for Astrophysics in Harvard und des Smithsonian gehörten, die allererste Windgeschwindigkeitsmessung für einen Körper außerhalb unseres Sonnensystems bekannt. Sie haben die Windgeschwindigkeit auf 2MASS J1047+21 mit 650 Metern pro Sekunde oder 1.450 Meilen pro Stunde gemessen. Zum Vergleich: Ein Hurrikan der Kategorie 5 hat Windgeschwindigkeiten von 252 kmh (157 mph) oder höher.

„Zum ersten Mal haben wir die Windgeschwindigkeit eines Braunen Zwergs gemessen – zu groß, um ein Planet zu sein, zu klein, um ein Stern zu sein“, sagte Peter K.G. Williams, Innovationswissenschaftler für CfA und die American Astronomical Society, in a Pressemitteilung . Williams leitete die Beobachtungen, die es dem Team ermöglichten, die Windgeschwindigkeit zu messen.

Und dieser erfolgreiche Test einer neuen Methode zur Messung der Windgeschwindigkeit wird laut Williams in Zukunft zu besseren Ergebnissen führen. „Die Ergebnisse schließen einige ungewöhnliche Modelle aus und beweisen, dass diese neue Technik funktioniert und auf mehr Objekte angewendet werden kann“, sagte Williams.

Die Technik verwendet die Beobachtung von Radiowellen in Kombination mit Infrarotemissionen. Es ermöglicht Astronomen, Windgeschwindigkeiten an Körpern zu studieren, die so weit entfernt sind, dass Wolkenbewegungen in der Atmosphäre nicht wahrnehmbar sind.

Williams sagt, dass, obwohl Braune Zwerge tatsächlich von Wolken bedeckt sind, wir sie nicht beobachten können, um Windgeschwindigkeiten zu finden. „Obwohl Braune Zwerge vollständig von Wolken bedeckt sind, sind sie zu weit entfernt, um einzelne Wolken wie auf Planeten in unserem Sonnensystem zu erkennen, aber wir können immer noch messen, wie lange es für eine Gruppe von Wolken dauert, dies zu tun eine Runde durch die Atmosphäre; Wenn Wolken ein- und ausgehen, verändern sie die Helligkeit des Planeten“, sagte Williams. „Diese Rundenzeit hängt von zwei Dingen ab: Wie schnell sich der Braune Zwerg selbst dreht und wie schnell der Wind noch dazu bläst.“

Darin liegt der Schlüssel: die Rotationsgeschwindigkeit des Zwerges selbst und die Rotationsgeschwindigkeit seiner Wolken.

Mithilfe von Infrarotbeobachtungen konnte das Forscherteam die Geschwindigkeit der atmosphärischen Rotation ermitteln. Dieses Bild ist eine künstlerische Vorstellung der atmosphärischen Rotation des Braunen Zwergs 2MASS J1047+21, die nach 1.741 Stunden gemessen wurde.
Bildnachweis: NRAO

Die Infrarotstrahlung verrät den Wissenschaftlern die Rotationsgeschwindigkeit der Wolken. Dann teilen ihnen die Radiowellen die Geschwindigkeit des Braunen Zwergs selbst in der Atmosphäre mit.

„Es stellt sich heraus, dass es bei einigen Braunen Zwergen möglich ist, diese Spinrate durch die Erkennung von Radiowellen zu messen“, sagte Williams. „Wir beobachteten jedes Mal, wenn sich der Braune Zwerg drehte, einen Puls von Radiowellen. Dies liegt daran, dass die Radiowellen von hochenergetischen Partikeln stammen, die in seinem Magnetfeld gefangen sind, und sein Magnetfeld ist tief in seinem Inneren verwurzelt – genau wie auf der Erde – wo kein Wind die Messung verändert.“

Künstlerische Vorstellung der inneren Rotationsperiode des Braunen Zwergs 2MASS J1047+21, die bei 1.758 Stunden gemessen wurde.
Bildnachweis: NRAO

Nachdem die Wissenschaftler die Rotationsgeschwindigkeit der Wolken und dann die Rotationsgeschwindigkeit des Braunen Zwergs entdeckt hatten, war der Rest Mathematik.

„Durch die Differenz zwischen Wolkenrundenzeit und Funkpulszeit konnten wir die Windgeschwindigkeit bestimmen“, erklärt Williams.

Künstlerische Darstellung der atmosphärischen und inneren Rotationsperioden sowie der Windgeschwindigkeit auf dem Braunen Zwerg 2MASS J1047+21 neben Jupiter zum Größenvergleich.
Bildnachweis: NRAO

Bisher gab es viele Theorien über die Atmosphäre von Braunen Zwergen, und diese Arbeit wird einige davon beseitigen. Laut Williams wird diese Studie auch wichtige Einschränkungen für zukünftige Theorien über die Atmosphären von Braunen Zwergen liefern. Es wird auch einige Anleitungen für Theorien über Exoplanetenatmosphären bieten.

Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in einem neuen Papier mit dem Titel „ Eine Messung der Windgeschwindigkeit an einem Braunen Zwerg. ” Es ist die Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft . Hauptautorin ist Katelyn N. Allers, außerordentliche Professorin für Physik und Astronomie an der Bucknell University.

Mehr:

• Pressemitteilung: Wissenschaftler und Team des Zentrums für Astrophysik messen als erstes die Windgeschwindigkeit an einem substellaren Objekt außerhalb des Sonnensystems
• Forschungsbericht: Eine Messung der Windgeschwindigkeit an einem Braunen Zwerg
• Universum heute: Wo ist die Grenze zwischen dem massiven Planeten und dem Braunen Zwergstern?