Die erst 1995 entdeckten "Braunen Zwerge" enthüllen neue Geheimnisse. Zu klein für einen Stern, aber zu groß für einen Planeten strahlen sie überraschenderweise eine intensive Radiostrahlung aus, so US-Astronomen in einer neuen Studie.
Diese Woche präsentieren E. Berger und Kollegen vom California Institute of Technology den ersten Bericht über Emissionen eines Radiowellenspektrums durch einen Braunen Zwerg in "Nature". Seltsamerweise war die Radiostrahlung 100-fach stärker als zu erwarten war.
Unerwartetes wartet auf Erklärung
"Dies ist ein neues Rätsel für Astronomen, das auf seine Aufklärung wartet. Es könnte sein, dass diese dunklen kleinen Objekte wohl noch einige weitere Überraschungen auf Lager haben", meint Arnold O. Benz vom Institut für Astronomie der ETH Zürich.
Braune Zwerge sind zu klein für normale Kernfusionen. Dennoch sind sie groß genug, um Deuterium zu verbrennen. Bislang nahm man an, dass sie nur wenig Radiowellen und Röntgenstrahlen aussenden. Allerdings wurde Ende des Jahres 1999 ein Röntgenstrahlsignal vom braunen Zwerg LP44-20 aufgezeichnet. Dies löste die sofortige Suche nach Radiowellen aus.
Braune Zwerge
Braune Zwerge besitzen nicht genug Masse (etwa bis zum achtzigfachen der Jupiters), um die nuklearen Brennprozesse in ihrem Inneren zu zünden. Sie sind aber auf der anderen Seite deutlich massereicher als Planeten. Da sie sehr lichtschwach sind, war es lange Zeit schwierig herauszufinden, wie viele Braune Zwerge es in unserer Galaxis gibt, und ob sie eher wie Sterne oder wie Planeten oder aber auf eine dritte, bisher unbekannte Weise entstehen. Dank dem Teleskop Hubble wurde deutlich, dass es - analog zu Sternen - mehr massearme als massereiche Braune Zwerge gibt und dass dieser Trend bis zu planetenähnlichen Massen weitergeht.
Keine Wasserstofffusion als Quelle
LP944-20 sendet nicht etwa ein schwaches, sondern ein überaus kräftiges Radiosignal aus, das die Erwartungen um das 20.000-fache übertraf. Somit schied die Fusion von Wasserstoff zu Deuterium als Quelle aus. Außerdem wussten die Astronomen bereits, dass LP944-20 schon seit 500 Millionen Jahren existiert, also längst "ausgebrannt" sein müsste.
Das Signal musste also eine andere Ursache haben. Edo Berger vom Department of Astronomy des California Institute of Technology und seine Kollegen vermuten nun, dass es die so genannte Synchrotronstrahlung ist, die den braunen Zwerg antreibt.
Rotierende Elementarteilchen
Diese elektromagnetische Strahlung hat ihr Intensitätsmaximum im Radiowellenbereich und entsteht, wenn Elektronen unter dem Einfluss eines Magnetfelds um den braunen Zwerg rotieren.
Wenn sie dem Stern indes näher kommen und in die Korona der Atmosphäre eintauchen, wandelt sich die kinetische Energie in Wärme um, wobei Röntgenstrahlung entsteht.
Synchrotronstrahlung
Entdeckt wurde die Synchrotronstrahlung in den großen Teilchenbeschleunigern. Sie wird von Elektronen emittiert, welche sich fast mit Lichtgeschwindigkeit in einem Magnetfeld bewegen. In einem Magnetfeld können Elektronen sich nicht geradlinig ausbreiten, wodurch sie zu spiralartigen Bewegungen um die magnetischen Feldlinien gezwungen werden. In Richtung ihrer Bewegung senden sie die Synchrotronstrahlung scharf gebündelt aus. Bei den abgestrahlten Energien handelt es sich um freigesetzte kinetische Energie. Das Spektrum der Strahlung ist kontinuierlich und polarisiert, wobei ein Intensitätsmaximum innerhalb der Radiostrahlung liegt. Hierdurch kann man sie von thermischer Strahlung unterscheiden. Es sind heute auch Strahlungsquellen bekannt, welche Synchrotronstrahlung sogar im sichtbaren und selbst im Röntgen- und Gammastrahlenbereich emittieren.
Die Entstehung von Synchrotronstrahlung
Magnetfeld als Ursache?
Dieser Effekt führt zu einem vorhersagbaren Verhältnis zwischen Radio- und Röntgenstrahlung. Bei "normalen" Sternen - einschließlich unserer Sonne - ist dies längst bekannt. Doch die Radiosignale von LP944-20 sind viel zu intensiv, und die Forscher wissen bisher nicht warum.
Allerdings vermuten sie, dass LP944-20 über ein sehr schwaches Magnetfeld verfügt, und dass die Radiosignale aus diesem Grunde so kräftig sind. Die Elektronen würden in diesem Fall langsamer um den Stern rotieren und könnten ihre Synchrotronstrahlung über einen längeren Zeitraum hin abstrahlen.
Daher empfängt man auf der Erde ein überproportional starkes Radiosignal. Dies bedeutet auch, dass die Elektronen beim Eintauchen in die Korona energieärmer sind und im Röntgenpektrum dementsprechend schwächer strahlen. Auf diese Weise wäre das Verhältnis zwischen Röntgen- und Radiostrahlung unerwartet klein.