Eine bahnbrechende Anzahl von Braunen Zwergen entdeckt

Braune Zwerge, geheimnisvolle Objekte an der Grenze zwischen Sternen und Planeten, sind für unser Verständnis von Stern- und Planetenpopulationen von entscheidender Bedeutung. Allerdings konnten in fast drei Jahrzehnten der Suche nur 40 Braune Zwerge um Sterne abgebildet werden. Einem internationalen Team unter der Leitung von Forschenden der Open University und der Universität Bern ist es dank einer neuen innovativen Suchmethode gelungen, vier neue Braune Zwerge direkt abzubilden. Eine Medienmitteilung der Universität Bern.

Quelle: Universität Bern 9. Juni 2022.

Bild des Braunen Zwerges (im roten Kreis), der um den Stern HIP 21152 entdeckt wurde, aufgenommen mit dem Very Large Telescope SPHERE-Instrument. (Bild: M. Bonavita et al., MNRAS, 2022)

9. Juni 2022 – Braune Zwerge sind geheimnisvolle astronomische Objekte, die die Lücke zwischen den schwersten Planeten und den leichtesten Sternen füllen und eine Mischung aus stellaren und planetarischen Eigenschaften aufweisen. Aufgrund dieser hybriden Natur sind diese rätselhaften Objekte für unser Verständnis sowohl von Sternen als auch von Riesenplaneten von wesentlicher Bedeutung. Braune Zwerge, die einen Zentralstern in ausreichender Entfernung umkreisen, sind besonders wertvoll, da sie direkt fotografiert werden können – im Gegensatz zu den Braunen Zwergen, die zu nahe an ihrem Stern sind und daher von dessen Helligkeit verdeckt werden. Dies ermöglicht es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die Details der kalten, planetenähnlichen Atmosphären von Braunen Zwergen um Sterne zu untersuchen.

Dr. Mariangela Bonavita, School of Physical Sciences, The Open University. (Bild: zvg / Courtesy of Mariangela Bonavita)

Trotz bemerkenswerter Anstrengungen bei der Entwicklung neuer Beobachtungs- und Bildverarbeitungstechnologien sind direkte Entdeckungen von Braunen Zwergen, die Begleiter von Sternen sind, jedoch eher spärlich: In fast drei Jahrzehnten der Suche konnten nur etwa 40 dieser Systeme abgebildet werden. Forschenden unter der Leitung von Mariangela Bonavita von der Open University und Clémence Fontanive vom Center for Space and Habitability (CSH) und dem NCCR PlanetS an der Universität Bern ist es nun gelungen vier neue Braune Zwerge direkt abzubilden, wie sie in einer Studie berichten, die soeben in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society MNRAS veröffentlicht wurde. Dies ist das erste Mal, dass mehrere neue Systeme mit Braunen Zwergen, welche ihren Zentralstern auf einer großen Umlaufbahn umkreisen, gleichzeitig entdeckt wurden.

Innovative Suchmethode
«Braune Zwerge, die in einem weiten Orbit um einen Stern kreisen, sind zunächst einmal selten und ihre direkte Entdeckung stellt eine große technische Herausforderung dar, da die Zentralsterne unsere Teleskope mit ihrer Helligkeit blenden», sagt Mariangela Bonavita. Die meisten Beobachtungen, die bisher durchgeführt wurden, zielten blind auf zufällige Sterne in jungen Sternhaufen ab. «Ein alternativer Ansatz, um die Anzahl der Entdeckungen zu erhöhen, besteht darin, nur solche Sterne zu beobachten, die Hinweise auf ein zusätzliches Objekt in ihrem System zeigen», erklärt Clémence Fontanive. So kann beispielsweise die Art und Weise, wie sich ein Stern unter dem Einfluss von der Schwerkraft eines Begleiters bewegt, ein Hinweis auf letzteren sein, unabhängig davon ob es sich dabei um einen Stern, einen Planeten oder etwas dazwischen handelt.

Dr. Clémence Fontanive, Center for Space and Habitability und NFS PlanetS, Universität Bern- (Bild: Alessandro della Bella)

«Wir haben das COPAINS-Tool entwickelt, das die Arten von Begleitern vorhersagt, die für die beobachteten Anomalien in den Sternbewegungen verantwortlich sein könnten», so Clémence Fontanive weiter. Mit Hilfe des COPAINS-Tools wählte das Forschungsteam 25 nahe gelegene Sterne aus den Daten der Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) aus, die vielversprechend für die direkte Entdeckung von verborgenen, massearmen Begleitern erschienen. Mit dem SPHERE- Planetensucher am Very Large Telescope in Chile beobachteten sie diese Sterne und entdeckten erfolgreich zehn neue Begleiter, darunter fünf massearme Sterne, einen Weißen Zwerg (einen dichten stellaren Überrest) und, bemerkenswerterweise, vier neue Braune Zwerge mit Umlaufbahnen, die von denen des Jupiters bis zu denen des Pluto reichen.

Erheblicher Anstieg der Entdeckungsrate
«Diese Ergebnisse erhöhen die Zahl der bekannten Braunen Zwerge, die Sterne in großen Entfernungen umkreisen, beträchtlich und erhöhen die Entdeckungsrate im Vergleich zu allen bisherigen bildgebenden Untersuchungen», erklärt Mariangela Bonavita. Im Moment ist dieser Ansatz noch auf die Signaturen von Braunen Zwergen und Sternbegleitern beschränkt, aber zukünftige Phasen der Gaia- Mission werden diese Methoden auf kleinere Massen ausweiten und die Entdeckung neuer riesiger Exoplaneten ermöglichen. Clémence Fontanive fügt hinzu: «Abgesehen davon, dass wir so viele neue Entdeckungen auf einmal gemacht haben, demonstriert unser Programm auch die Leistungsfähigkeit dieser Suchstrategien.»

«Dieses Ergebnis war nur möglich, weil wir davon überzeugt waren, dass die Kombination von weltraum- und bodengestützten Einrichtungen zur direkten Abbildung von Exoplaneten das Ganze größer macht als die Summe seiner Teile. Wir hoffen, dass dies der Beginn einer neuen Ära der Synergie zwischen verschiedenen Instrumenten und Nachweismethoden sein wird», so Mariangela Bonavita abschließend.

Publikation
M. Bonavita, C. Fontanive, R. Gratton, K. Mužić, S. Desidera, D. Mesa, B. Biller, A. Scholz, A. Sozzetti, V. Squicciarini: Results from The COPAINS Pilot Survey: four new BDs and a high companion detection rate for accelerating stars, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 513, Issue 4, July 2022, Pages 5588–5605, DOI: 10.1093/mnras/stac1250
https://academic.oup.com/mnras/article/513/4/5588/6583003

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