Astronomen haben die Windgeschwindigkeit bei einem Braunen Zwerg gemessen

Astronomen verwendeten das Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der National Science Foundation und das Spitzer-Weltraumteleskop, um die erste Messung der Windgeschwindigkeit an einem Braunen Zwerg durchzuführen – einem Objekt, das in der Masse zwischen einem Planeten und einem Stern liegt.

Basierend auf Fakten, die über die Riesenplaneten Jupiter und Saturn bekannt sind, erkannte ein Team von Wissenschaftlern um Katelyn Allers von der Universität Bucknell, dass sie möglicherweise die Windgeschwindigkeit eines Braunen Zwergs messen können, wenn sie Radiobeobachtungen vom VLA und Infrarotbeobachtungen vom Spitzer Weltraumteleskop kombinierten.

„Als wir das erkannten, waren wir überrascht, dass es bisher noch niemand getan hatte“, sagte Allers.

Die Astronomen untersuchten einen Braunen Zwerg mit der Bezeichnung 2MASS J10475385+2124234, ein Objekt in etwa 34 Lichtjahren Entfernung, das ungefähr die Größe Jupiters hat aber etwa 40-mal massereicher ist wie dieser. Braune Zwerge, die manchmal auch als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet werden, sind massereicher als Planeten, aber nicht massereich genug, um thermonukleare Prozesse in ihren Kernen zu haben, wie dies bei Sternen der Fall ist.

„Wir stellten fest, dass die Rotationsperiode Jupiters, die durch Radiobeobachtungen bestimmt wurde, sich von jener Rotationsperiode unterscheidet, die durch Beobachtungen im sichtbaren Licht und im Infrarotem bestimmt wurden“, sagte Allers.

Dieser Unterschied, erklärte Allers, liegt daran, dass die Radioemission durch Elektronen verursacht wird, die mit dem Magnetfeld des Planeten interagieren, das tief im Inneren des Planeten verwurzelt ist, während die Infrarotemission von der obersten Atmosphäre kommt. Die Atmosphäre dreht sich schneller als das Innere des Planeten, und der entsprechende Unterschied in den Geschwindigkeiten ist auf atmosphärische Winde zurückzuführen.

„Weil wir erwarten, dass die gleichen Mechanismen auch bei einem Braunen Zwerg am Werk sind, haben wir beschlossen, seine Rotationsgeschwindigkeit sowohl mit Radio- als auch mit Infrarotteleskopen zu messen“, sagte Johanna Vos vom American Museum of Natural History.

Sie beobachteten 2MASS J10475385+2124234 mit dem Spitzer-Weltraumteleskop in den Jahren 2017 und 2018 und stellten fest, dass seine Infrarothelligkeit regelmäßig variierte, wahrscheinlich aufgrund der Rotation einiger langlebiger Charakteristika in seiner oberen Atmosphäre. Das Team machte daraufhin 2018 VLA-Beobachtungen, um die Rotationsdauer des Objektinneren zu messen.

So wie bei Jupiter stellten sie fest, dass die Atmosphäre des Braunen Zwergs schneller rotiert als sein Inneres und zwar mit einer berechneten Windgeschwindigkeit von etwa 2293 km/h. Das ist deutlich schneller als Jupiters Windgeschwindigkeit von etwa 370 km/h.

„Dies stimmt mit der Theorie und mit Simulationen überein, die höhere Windgeschwindigkeiten bei Braunen Zwergen vorhersagen“, sagte Allers.

Die Astronomen sind der Meinung, dass ihre Technik verwendet werden kann, um Winde nicht nur bei anderen Braunen Zwergen, sondern auch bei extrasolaren Planeten zu messen.

„Da die Magnetfelder von großen Exoplaneten schwächer sind als die von Braunen Zwergen, müssen die Radiomessungen bei großen Exoplaneten mit niedrigeren Frequenzen durchgeführt werden als die, welche für 2MASS J10475385+2124234 verwendet wurden“, sagte Peter William vom Zentrum für Astrophysik am Harvard & Smithsonian und der American Astronomical Society.

„Wir freuen uns, dass unsere Methode nun eingesetzt werden kann, um die atmosphärische Dynamik von Braunen Zwergen und extrasolaren Planeten besser zu verstehen“, sagte Allers.

Allers, Vos und Williams sowie Beht Biller von der Universität von Edinburgh berichteten in der Fachzeitschrift Science über ihre Ergebnisse (https://science.sciencemag.org/content/368/6487/169).

12. April 2020/SP
Verein Kuffner-Sternwarte