100 kühle Welten in Sonnennähe entdeckt – einige „Braune Zwerge“ kalt genug für Wasser

Mit Hilfe des W. M. Keck-Observatoriums auf Maunakea (Hawaii) und der bislang größten Bürgerbeteiligung an einem wissenschaftlichen Projekt fanden Astronomen 95 „Braune Zwerge“ in unserer kosmischen Nachbarschaft.

Die meisten dieser Himmelskörper befinden sich in etwa 30 bis 60 Lichtjahren Entfernung zu unserer Sonne. Der Nächste ist sogar nur 23 Lichtjahre entfernt. Mehrere von ihnen gehören zudem zu den kühlsten Braunen Zwergen, die die Wissenschaft kennt. Einige wenige von ihnen sind kaum wärmer als die Erde – kühl genug, um Wasserwolken zu beherbergen.

Die Studie erscheint in der Ausgabe des „Astrophysical Journal“ vom 20. August 2020 und ist hier vorab erhältlich.

Wie vollständig ist unsere Volkszählung der nächsten Nachbarn der Sonne?

Braune Zwerge liegen irgendwo zwischen den massereichsten Planeten und den kleinsten Sternen. Da sie nicht die nötige Masse haben, um Kernreaktionen in ihrem Inneren aufrechtzuerhalten, werden Braune Zwerge manchmal als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet. Aufgrund ihrer geringen Masse, der niedrigen Temperatur und des Fehlens innerer Kernreaktionen leuchten sie extrem schwach. Und sind daher äußerst schwer zu entdecken.

Aus diesem Grund können Astronomen nur hoffen, solche Objekte relativ nahe an der Sonne zu entdecken. Um bei der Suche nach den kältesten und nächstgelegenen Nachbarn unserer Sonne zu helfen, wandten sich die Astronomen mit dem Projekt „Hinterhofwelten: Planet 9“ an ein weltweites Netzwerk von mehr als 100.000 Bürgerwissenschaftlern.

Wenn es darum geht, schwache, sich bewegende Objekte zu finden, gibt es trotz der Fortschritte des maschinellen Lernens immer noch keinen Ersatz für das menschliche Auge. So durchsuchten die Freiwilligen nach Angaben der Forscher „fleißig Billionen von Pixeln von Teleskopbildern“. Auf diese Weise identifizierten sie die subtilen Bewegungen von nahen Braunen Zwergen und Planeten.

Über 100.000 Freiwillige durchsuchten „Billionen von Pixeln“ nach Anzeichen von Himmelskörpern, wie Braune Zwerge. Foto: A. Meisner/NOIRLab/NSF/AURA

Braune Zwerge kühlen im Laufe ihres Alterungsprozesses ab. Während ihre Temperaturen von nahe Sternentemperatur auf unter Planetentemperatur abfallen, verblassen sie die ganze Zeit und erlöschen schließlich. Die neuen Entdeckungen bezeugen dieses Bild, indem sie schwer fassbare Beispiele von Braunen Zwergen aufdecken, die sich der Erdtemperatur nähern.

„Diese Studie ist schließlich ein Beweis dafür, dass die solare Nachbarschaft noch immer Neuland ist“, sagte Jackie Faherty vom American Museum of Natural History.

Braune Zwerge haben Fingerabdrücke

Trotz der relativen Nähe sind Braune Zwerge schwer zu entdecken. Die neue Entdeckung schließt damit eine Lücke und identifiziert ein lang ersehntes fehlendes Glied in der Bevölkerung der Braunen Zwerge.

„Diese kühlen Welten bieten die Möglichkeit für neue Einblicke in die Entstehung und die Atmosphären von Planeten jenseits des Sonnensystems“, sagte Hauptautor Aaron Meisner vom NOIRLab der National Science Foundation. „Diese Sammlung kühler Brauner Zwerge erlaubt uns auch eine genaue Schätzung der Anzahl jener Welten, die im sonnennahen interstellaren Raum umherschweben.

Um einige der schwächsten und kühlsten der neu entdeckten Braunen Zwerge zu identifizieren, verwendeten die Forscher das empfindliche Nahinfrarot-Echellette-Spektrometer (NIRES) des Keck-Observatoriums aus Hawaii. Folgebeobachtungen des NASA-Weltraumteleskops Spitzer, dem Observatorium Mont Mégantic und dem Observatorium Las Campanas trugen ebenfalls zu den Temperaturschätzungen des Braunen Zwergs bei.

„Wir nutzten die NIRES-Spektren, um die Temperatur und die in ihren Atmosphären vorhandenen Gase zu messen“, erklärte Koautor Adam Burgasser, Professor für Physik an der UC San Diego. „Jedes Spektrum ist im Wesentlichen ein Fingerabdruck, der es uns erlaubt, einen kühlen Braunen Zwerg von anderen Sternenarten zu unterscheiden“.

(Mit Material der Vereinigten Universitäten für astronomische Forschung (AURA) und des W. M. Keck-Observatoriums)