Braune Zwerge mit nur doppelter Jupitermasse entdeckt

Die­se Auf­nah­me des nahen Stern­ent­ste­hungs­ge­biets IC 348 ist eines der größ­ten Bil­der, die das James-Webb-Welt­raum­te­le­skop der NASA/ESA/CSA bis­her ver­öf­fent­licht hat. Mit­hil­fe des Webb-Tele­skops such­ten Astro­no­men in IC 348 nach Brau­nen Zwer­gen, die weni­ger Mas­se besit­zen als die kleins­ten Ster­ne. Die For­scher ent­deck­ten Brau­ne Zwer­ge mit nur der dop­pel­ten Jupi­ter­mas­se und eröff­ne­ten damit eine neue Dimen­si­on der Erfor­schung die­ser fas­zi­nie­ren­den Objekte.

Das Stern­ent­ste­hungs­ge­biet IC 348 liegt nur 1.000 Licht­jah­re ent­fernt im Stern­bild Per­seus. In Regio­nen wie IC 348 kol­la­bie­ren kal­te Wol­ken aus mole­ku­la­rem Was­ser­stoff­gas und bil­den neue Ster­ne, wodurch leuch­ten­de, skulp­tur­ar­ti­ge Gebil­de wie die­ses ent­ste­hen. Der Stern­ent­ste­hungs­pro­zess kann beein­dru­ckend viel­fäl­ti­ge Objek­te her­vor­brin­gen: von mas­se­rei­chen Ster­nen, die nach nur weni­gen Mil­lio­nen Jah­ren in Kern­kol­laps-Super­no­vae explo­die­ren, bis hin zu den kleins­ten und häu­figs­ten Ster­nen, die lang­le­big sind und gewal­ti­ge Stern­stür­me erzeugen.

Die kleins­ten Ster­ne haben etwa 8 % der Son­nen­mas­se. Unter­halb die­ser Mas­se befin­det sich eine selt­sa­me und fas­zi­nie­ren­de Klas­se von Objek­ten, die Brau­nen Zwer­ge genannt wer­den. Brau­ne Zwer­ge ent­ste­hen auf die glei­che Wei­se wie Ster­ne, durch den Kol­laps von Mole­kül­wol­ken. Im Gegen­satz zu Ster­nen wer­den die Ker­ne Brau­ner Zwer­ge jedoch nie heiß genug, um Was­ser­stoff zu Heli­um zu fusio­nie­ren (obwohl vie­le in ihrer frü­hen Lebens­pha­se kurz­zei­tig Deu­te­ri­um, also schwe­ren Was­ser­stoff, fusionieren).

Unklar ist wei­ter­hin, und genau das woll­ten die For­scher mit­hil­fe der emp­find­li­chen Instru­men­te des Webb-Tele­skops bei der Unter­su­chung von IC 348 her­aus­fin­den – wie klein die kleins­ten Objek­te sind, die bei der Stern­ent­ste­hung ent­ste­hen. Anders aus­ge­drückt: Wie klein ist der kleins­te Brau­ne Zwerg?

For­scher, die eine Ant­wort auf die­se Fra­ge such­ten, unter­such­ten IC 348 erst­mals im Jahr 2022 mit Webb und ent­deck­ten dabei Brau­ne Zwer­ge mit Mas­sen, die nur das Drei- bis Vier­fa­che der Jupi­ter­mas­se betru­gen. Nun hat das­sel­be For­schungs­team Webb genutzt, um noch tie­fer in die­se Regi­on vor­zu­drin­gen und nach noch klei­ne­ren Brau­nen Zwer­gen zu suchen.

Das Team nutz­te 2024 die NIR­Cam (Nahin­fra­rot­ka­me­ra) des Webb- Tele­skops, um das war­me Leuch­ten jun­ger Brau­ner Zwer­ge und neu­ge­bo­re­ner Ster­ne ein­zu­fan­gen, das wir auf die­sem neu­en Bild von IC 348 sehen. Nach­dem sie Kan­di­da­ten für Brau­ne Zwer­ge anhand ihrer Far­ben und Hel­lig­keit aus­ge­wählt hat­ten, führ­ten sie 2025 mit dem NIR­Spec (Nahin­fra­rot­spek­tro­gra­phen) des Webb-Tele­skops spek­tro­sko­pi­sche Beob­ach­tun­gen durch, um die Mas­sen der Brau­nen Zwer­ge zu untersuchen.

Die­se tie­fen Webb-Beob­ach­tun­gen brach­ten etwas Bemer­kens­wer­tes zuta­ge: Brau­ne Zwer­ge mit Mas­sen, die nur das Zwei­fa­che der Jupi­ter­mas­se betra­gen – gera­de ein­mal 0,19 % der Son­nen­mas­se. Dies sind die mas­se­ärms­ten bekann­ten Brau­nen Zwer­ge, und ihre Exis­tenz stellt eine Her­aus­for­de­rung für Model­le zur Ent­ste­hung von Ster­nen dar.

Neben der Ent­de­ckung die­ser uner­war­tet leich­ten Brau­nen Zwer­ge hiel­ten die Webb-Beob­ach­tun­gen noch wei­te­re Über­ra­schun­gen bereit. Einer der leich­tes­ten neu ent­deck­ten Brau­nen Zwer­ge wies Anzei­chen einer Schei­be auf, was dar­auf hin­deu­tet, dass sich um ihn her­um Pla­ne­ten bil­den könn­ten, obwohl der Brau­ne Zwerg selbst nur die Mas­se eines Pla­ne­ten besitzt.

Bei der Unter­su­chung der Spek­tren der Brau­nen Zwer­ge von IC 348 ent­deck­te das For­schungs­team ein Merk­mal, das sie Koh­len­was­ser­stof­fen zuschrie­ben – Mole­kü­len, die aus­schließ­lich aus Was­ser­stoff- und Koh­len­stoff­ato­men bestehen. Die­ses Merk­mal wur­de bis­her nur in den Atmo­sphä­ren der mas­se­ärms­ten Brau­nen Zwer­ge beob­ach­tet, was dar­auf hin­deu­tet, dass die­se extre­men Objek­te mög­li­cher­wei­se eine eige­ne Spek­tral­klas­se bilden.

Die Ster­ne und Brau­nen Zwer­ge von IC 348 sind nicht die ein­zi­gen Attrak­tio­nen auf die­sem Foto. Eine Ansamm­lung von Pro­tos­ter­nen mit bril­lan­ten Details füllt die obe­re rech­te Ecke des Bil­des. Eini­ge die­ser Pro­tos­ter­ne wer­den von Herbig-Haro-Objek­ten beglei­tet, leuch­ten­den Regio­nen, die ent­ste­hen, wenn Jets von wach­sen­den, neu­ge­bo­re­nen Ster­nen auf das Gas und den Staub um den Stern prallen.

Das läng­li­che, schma­le Objekt in die­ser Ecke, das hori­zon­tal aus­ge­rich­tet ist, ist HH 797, das bereits als Webb-Bild des Monats vor­ge­stellt wur­de. Bei genaue­rer Betrach­tung zeigt sich, dass es sich um zwei Pro­tos­ter­ne mit nahe­zu par­al­le­len Aus­flüs­sen han­delt. Direkt rechts neben HH 797 befin­det sich die pro­pel­ler­för­mi­ge Quel­le HH 211, die sowohl schma­le Jets als auch brei­te­re Aus­flüs­se auf­weist und eben­falls in einer frü­he­ren Bild­ver­öf­fent­li­chung prä­sen­tiert wurde .

Die zur Erstel­lung die­ses Bil­des ver­wen­de­ten Daten stam­men aus dem Webb-Beob­ach­tungs­pro­gramm Nr. 4866 (PIs: K. Luh­man, C. Alves de Oli­vei­ra). Zie­le die­ses Pro­gramms sind die Unter­su­chung der Objek­te mit der gerings­ten Mas­se, die im Rah­men des Stern­ent­ste­hungs­pro­zes­ses ent­ste­hen, wie hier beschrie­ben; das Ver­ständ­nis, wie sich die Popu­la­tio­nen von Objek­ten mit pla­ne­ta­rer Mas­se wie Brau­nen Zwer­gen zwi­schen ver­schie­de­nen Stern­ent­ste­hungs­re­gio­nen unter­schei­den; sowie die Erfor­schung der Ursprün­ge der Koh­len­was­ser­stoff­merk­ma­le bei den Brau­nen Zwer­gen mit der gerings­ten Masse.

Hintergrundinformationen

Webb ist das größ­te und leis­tungs­stärks­te Tele­skop, das jemals ins All gebracht wur­de. Im Rah­men einer inter­na­tio­na­len Koope­ra­ti­ons­ver­ein­ba­rung stell­te die ESA den Start­dienst für das Tele­skop unter Ver­wen­dung der Trä­ger­ra­ke­te Aria­ne 5 bereit. In Zusam­men­ar­beit mit Part­nern war die ESA für die Ent­wick­lung und Qua­li­fi­zie­rung der Anpas­sun­gen der Aria­ne 5 für die Webb-Mis­si­on sowie für die Beschaf­fung des Start­diens­tes durch Aria­nespace ver­ant­wort­lich. Die ESA stell­te außer­dem den Haupt­spek­tro­gra­fen NIR­Spec sowie 50 % des Mit­tel­in­fra­rot-Instru­ments MIRI bereit, das von einem Kon­sor­ti­um staat­lich finan­zier­ter euro­päi­scher Insti­tu­te (dem MIRI Euro­pean Con­sor­ti­um) in Zusam­men­ar­beit mit dem JPL und der Uni­ver­si­ty of Ari­zo­na ent­wi­ckelt und gebaut wurde.

Webb ist eine inter­na­tio­na­le Part­ner­schaft zwi­schen der NASA, der ESA und der Cana­di­an Space Agen­cy (CSA).

Bild­nach­weis: ESA/Webb, NASA, CSA, K. Luh­man, C. Alves De Oli­vei­ra, M. Zama­ni (ESA/Webb)

Links

• Wis­sen­schaft­li­cher Artikel
• Ver­öf­fent­li­chung auf der ESA-Website
• Ver­öf­fent­li­chung auf der NASA-Website

Link zur ESA-Pres­se­mit­tei­lung heic2619