Brongen Zwerg

Vu Wikipedia, der fräier Enzyklopedie.

Spektralklassen

E Brongen Zwerg ass e kompakt astronomescht Objet, dat mat enger Mass tëschent 13 an 75 Jupitermassen eng besonnesch Stellung tëschent Planéiten an Stären anhëllt. Gläiches gëllt fir déi Prozesser wou an hirem Kär oflafen. Brong Zwergen hu méi Mass wéi Gasrisen an hu manner Mass wéi stellar Roud Zwergen.

[änneren] Ofgrenzung

Gliese 229B (an der Bildmëtt, all Kéier), lénks: Entdeckung um Palomar Observatoire, riets: Hubble Weltraumteleskop (NASA)

Als Brong Zwerge ginn all Objete agestuft, déi ënnert der Massegrenz fir Waasserstofffusioun leien. Dës Fusioun ass de charakteriséierende Prozess fir ee Stär. Si wiirkt op mannst fir een Deel vun der Stäreliewenszäit vun der Gravitatiounskraaft entgéint an stabiliséiert domat de Stär. Déi nidregst Temperatur fir d´Waasserstofffusioun gëtt bei enger eiser Sonn ähnlechen Zesummesetzung bei enger Mass vu ronn 0,07 Sonnen- resp. 75 Jupitermassen (ca. 0,139•10³⁰ kg) erreecht, vun dëser Mindestmaß un, entsteet e Stär. D´Massegrenz ass awer vun der Metallizitéit ofhängeg a läit fir eng Metallizitéit vun 0, dat heescht bei Objeten aus der Ufangsphas vum Universum, bei ronn 90 Jupitermassen.

An de Brongen Zwergen fannen awer trotzdeem Fusiounsprozesser statt, well et Fusiounsreaktiounen gëtt, déi schonns bei niddregeren Temperaturen oflafen wéi d´Waasserstofffusioun. Dëst sinn am Allgemengen d´Lithiumfusioun, bei déier vu ronn 65 Jupitermassen resp. Kärtemperaturen vun iwwer 2 Milliounen Kelvin e ⁷Lithiumkär mat engem Proton reagéiert, an d´Deuteriumfusioun, bei déier vu ronn 13 Jupitermassen een Deuteriumkär an ee Proton zu engem ³Heliumkär verschmëlzen.

Déi ¨nnescht Massegrenz läit bei dëser Definitioun bei ronn 13 Jupitermassen, der Massegrenz fir d´Deuteriumfusioun. Objete mat emger méi klenger Mass nennt een Planéiten, wann et Begleeder vu Stäre sinn. Objete, déi net Deel vun engem Sonnesystem sinn, sech awer fräi ëm d´Zentrum vun der Mëllechstrooss bewegen, ginn Planemos genannt, well iwwer hiren Urspronk näischt bekannt ass. Vill Exoplanéiten weisen niewent grousse Massen, déi deelweis esouguer am Beäich vu Brongen Zwerge leie kënnten, mat héijer Exzentrizitéiten an klengen Ofstänn vum Zentralstär Bunnparameter op, déi een éischter vun engem stellare Begleeder wéi vu Planéite erwarde géif. Tatsächlech gëtt op mannst een Exoplanéit och als Kandidat fir e Brongen Zwerg agestuft. Bei den Objeten ënner 13 Jupitermassen ass nach keng eenheetlech Benennung ofzegesinn.

An den éischten Ënnersich zu Brongen Zwerge gouf d´Genesiskriterium benotzt. All Objete goufen Brong Zwerge genannt, déi wéi d´Stäre duerch Kontraktioun vun enger Gaswollek entstinn, an deenen awer keng Waasserstofffusioun ufänkt – am Géigesaz zu de Planéiten, déi an de Akkretiounsscheiwen vun de Stäre entstinn. Dës Definitioun ass awer problematesch, well virun allem d´Genesisgeschicht vun de liichten Objete, wann iwwerhaapt, nëmme mat héijem Opwand gekläert ka ginn. D´Fusiounskriterium gëtt zwar nach net allgemeng gebraucht, awer et gëtt zënter Ufank vum 21. Joerhonnert méi heefeg ugewandt wéi d´Genesiskriterium, dat eigentlech nëmmen nach vun e puer eelere Pionéier vun dësem Fuerschungsgebitt gebraucht gëtt.

[änneren] Genesis

De Genesisprozess vun de Brongen Zwerge ass nach net eendeiteg geklärt, am Allgemengen bestinn awer fënnef Méiglechkeeten:

Si ginn no deem selwechten Mechanismus aus enger Gaswollek opgebaut wéi d´Stäre, mat deem eenzegen Ënnerscheed, datt d´Mass vun dësem Kierper net zu enger Waasserstofffusioun ausreecht.
Si fänken hir Genesis als Deel vun engem Méifachsystem an enger Globul un. Si ginn awer aus dem System eraus geschleidert, ir si déi néideg Mass fir eng Zündung vun der Waasserstofffusioun erreechen.
Si entstinn ähnlech wéi Planéiten an enger protoplanetarescher Scheif, a ginn an engem spéideren Entwécklungsstadium aus dem Planéitesystem eraus geschleidert.
An jonke masseräiche Stärekéip kann déi ioniséierend Stralung vu massiver O- an B-Stäre déi protostellar Akkretiounsscheiwen zerstéieren, ir dës Objete ausreechend Mass fir d´Waasserstofffusioun opfëlle konnten.
Enk Begegnungen mat anere Stäre an engem jonken Stärekoup kann d´Akkretiounsscheif zerstéirren, ir d´Waasserstofffusiounslimit erreecht ass.

An der Stäregebuertsregioun Chamaeleon I, déi eréischt e puer Millioune Joer al ass, goufen 34 Brong Zwerge fonnt, bei dräi konnten zousätzlech eng Akkretiounsscheif nogewise ginn, déi typesch fir jonk Stären ass. De Nowäis vun enger T-Tauri-Phas bei ville Bronge Zwergen, déi bis elo nëmmen bei jonke Stären op hirem Wee zu der Haaptrei bekannt war, ass e weidere Beleg fir déi gläich Genesisgeschicht op mannst en Deel vun de Bronge Zwergen.

[änneren] Eegeschaften

Brong Zwerge weisen, wéi d´Stären och, eng vergläichbar Elementzesummesetzung op. Nëmmen an Akkretiounsscheiwen entstanen Brong Zwerge hätten méiglecherweis ee Gesténgskär. Fir dësen Genesiswee gëtt et awer bis elo nach keng Beweiser.

Fir ganz liicht Zwergstäre stellt sech am Kär onofhängeg vun der Mass eng Gläichgewiichtstemperatur vu ronn 3 Millioune Kelvin an, bei déier d´Waasserstofffusiounsprozesser sprongarteg ufänken. D´Konstanz vun der Temperatur bedeit eng approximativ Proportionalitéit tëschent Mass an Radius, dat heescht, wat d´Mass méi kleng ass, ëmsou méi héich ass d´Dicht am Kär. Bei gréisserer Kärdicht maachen d´Elektronen een zousätzlechen Géigendrock géint déi gravitativ Kontraktioun aus, deen duerch eng deelweis Entartung vun den Elektronen opgrond vum Pauli-Prinzip verursaacht gëtt an zu enger manner grousser Opheizung vum Kär féiert. Dëst féiert bei der Metallizitéit ähnlech zu der Sonn bei manner wéi ronn 75 Jupitermassen dozou, datt déi noutwendeg Temperaturen zu der Waasserstofffusioun net méi erreecht gëtt an e Brongen Zwerg entsteet. Well weder de Verlaf vun der Degeneratioun vun Elektronen nach d´Eegeschaften vun de liichteste Stäre an all hiren Aspekten verstane sinn, variéieren d´Literaturwerte tëschent 70 an 78, nei Rechnungen leien am Beräich vun 72 bis 75 Jupitermassen. Ogrond vun der quantenmechanescher Entartung vun den Elektronen nennt een déi Brong Zwerge, genausou wéi d´Wäiss Zwerge, Neutronenstäre an d´Schwaarz Lächer och kompakt Objete.

D´Fusiounsprozesser liwweren zwar bei jonke Brongen Zwergen e Beitrag zu der Energiebilanz, si sinn awer a kenger Entwécklungsphas mat dem Beitrag vun der Gravitatiounsenergie vergläichbar. Dëst féiert dozou, datt Brong Zwerge schonns géint Enn vun der Akkretiounsphas ufänken ofzekillen, d´Fusiounsprozesser maachen de Prozess nëmmen fir ronn 10 bis 50 Millioune Joer méi lues.

[änneren] Temperaturtransport

Bei Bronge Zwergen formen sech, wéi och bei Stären mat manner wéi 0,3 Sonnemassen, am Géigesaz zu de schwéiere Stären keng Schuelestruktur. Si sinn vollständeg konvektiv, dat heescht et fënnt e Matièretransport vum Kär bis zu der Uewerfläch statt, deen zu enger vollstänneger Duerchmëschung féiert an déi Temperaturverdeelung am ganze Kär bestëmmt. Ënnersich vun den Methanzwergen wéi z. B. Gliese 229 B leeën awer d´Méiglechkeet no, datt bei eelere, méi kalen Brongen Zwergen dës Konvektiounszon net méi bis zu der Uewerfläch reecht an sech dofir méiglecherweis eng ähnlech Atmosphär wéi op engem Gasris entwéckelt.

[änneren] Spektralklassen

D´Spektralklassen, déi fir Stäre definéiert sinn, sinn am engere Sënn net brauchbar fir Brong Zwergen, well et sech net ëm Stären handelt. Bei Temperaturen üwwer 1800 bis 2000 K falen si bei der Observatioun awer an de Beräich vun den L- an M-Stäre, well d´optesch Eegeschaften nëmmen vun der Temperatur an der Zesummesetzung ofhänken. Dofir ginn d´Spektralklassen och bei de Brongen Zwergen gebraucht, woubäi dës allerdéngs keng direkt Ausso iwwer d´Mass, mä nëmmen iwwert d´Kombinatioun vu Mass an Alter liwwert.

E schwéieren jonker Brongen Zwerg fänkt am mëttleren M-Beräich bei ronn 2900 K un, an duerchleeft all spéider M- an L-Typen, liicht Brong Zwergen fänke schonns bei engem spéideren Typ un. Dat ënnescht Enn vun der Haaptsequenz ass net genee bekannt, d´Enn läit méiglecherweis tëschent L2 an L4, d. h. bei Temperaturen ënner 1800 bis 2000 K. Bei spéideren, méi kaalen Typen handelt et sech mat Sécherheet ëm Brong Zwergen. Fir déi méi kaal Brong Zwergen wéi z. B. Gliese 229B mat enger Temperatur vu ronn 950 K gouf mat dem T-Typ eng weider Spektralklass agefouert, déi mat Temperaturen ënner ronn 1450 K net méi op Stäre ze gebrauchen ass. Well d´Spektrum an dësem Temperaturberäich virun allem vu staarke Methanlinnen gepräegt ass, nennt een Brong Zwerge vum T-Typ meeschtens Methanzwerge. Dee kaalsten Brongen Zwerg, 2MASS J04151954-0935066, weist bei enger Temperatur vun 600 bis 750 K als T9-Zwerg schonns Ofwäichungen vun den aneren T-Zwergen op, sou datt bei der Entdeckung vu méi kaalen Objete wahrscheinlech eng weidere Spektralklass agefouert muss ginn. Virum 2MASS J0415-0935 war de Gliese 570D mat ongeféier 800 K als kaalste Brongen Zwerg bekannt.

[änneren] Heefegkeet

Zënter der Entdeckung vu Gliese 229B goufen e puer honnert Brong Zwerge fonnt, virun allem bei den Stäreduerchmusterungen 2MASS (2 Micron All Sky Survey), DENIS (DEep Near Infrared Sky survey) an SDSS (Sloan Digital Sky Survey) souwéi bei intensiven Duerchmusterungen vun Oppene Stärekéip an Stäregebuertsplazen

[änneren] Noweismethoden

Brong Zwergen hunn eng niddreg Liichtkraaft a sinn doduerch schwéier ze observéieren, an hirem fréien Entwécklungsstadius sinn si dobäi och nach liicht mat Rouden Zwergen ze verwiesselen. Fir den eendeitege Noweis vu Brongen Zwerge bestinn e puer Méiglechkeeten:

Liichtkraaft: An Brongen Zwerge spillen Fusiounsprozesser bei der Energiefräisetzung nëmmen eng kleng Roll, d´Liichtkraaft vun dësen Objete hëllt dofir am Laf vun hirer Entwécklung of. Läit déi gemoosse Liichtkraaft ënnert déier vun de liichteste Stäre, déi dem 10^-4-fachen vun der Sonneliichtkraaft entsprécht, da kann et sech nëmmen ëm e Brongen Zwerg handelen. D´Liichtkraaft ass awer nëmmen dann als Kriterium ze gebrauchen, wann d´Distanz bekannt ass, wéi z. B. an Stärekéip. Dës Method ass ziemlech onsécher.

Temperatur: Der Liichtkraaft L kann iwwer dat Stefan-Boltzmann-Gesetz rng effektiv Uewerflächentemperatur T_eff konjugéiert ginn mat T_eff ~ L^1/4, déi sech däitlech manner ännert wéi d´Liichtkraaft. D´Temperatur kann ziemlech liicht aus dem Spektrum vum Objets bestëmmt ginn. Ass déi gemoossen Temperatur méi niddreg wéi d´Minimaltemperatur vu ronn 1800 K bei Stären, kann et sech nëmmen ëm Brong Zwerge handelen.

Mass: Bei Duebelsysteren mat engem Brongen Zwerg kann een d´Mass iwwer d´Vermiessung vun der Bewegung ëm de kollektiven Schwéierpunkt bestëmmen, och wann de Brongen Zwerg selwer net gesi ka ginn, eng Situatioun, wéi se ähnlech och bei Exoplanéite besteet. Déi direkt Bestëmmung vun der Mass ass déi eenzeg Màiglechkeet, jonk Bromg Zwerge un der irweschter Massegrenz nozeweisen.

Methan: An der Atmosphär vu Bronge Zwerge kënnen sech komplex Moleküle, virun allem Methan, formen. Well dëst a Stärenatmosphären net méiglech ass, kann duerch den Noweis vu Methan am Spektren eendeiteg op e Brongen Zwerg geschloss ginn. Et handelt sech dann ëm een alen a killen Brongen Zwerg vum T-Typ.

Lithium: De Noweis vun neutralem Lithium am Spektrum bitt eng ganz gutt Méiglechkeet, Brong Zwerge ze identifizéieren an ass an engem wäite Beräich ze gebrauchen. De Lithiumtest gouf 1992 vum Rafael Rebolo virgeschloen an vum Gibor Basri am Joer 1996 éischtmols benotzt.

[änneren] Lithiumtest

Bei enger Mass vun iwwer 65 Jupitermassen gëtt ⁷Lithium an ⁴Helium ëmgesat. Duerch dëse Prozess ass bei ganz liichte Stären de Lithiumbestand no ronn 50 Millioune Joer verbraucht, bei Bronge Zwerge verlängert sech dës Zäitspann op bis zu 250 Milliounen Joer. Well liicht Stäre genee wéi Brong Zwerge vollstänneg konvektiv sinn, hëllt d´Lithiumheefegkeet am Géigesaz zu schwéiere Stären wéi z. B. eis Sonn net nëmmen am Fusiounsberäich vum Kär of, mä et kann och direkt un der Uewerfläch observéiert ginn. De Lithiumnoweis alleng liwwert awer keen eendeitigts Resultat. Lithium ass och a ganz jonke Stären noweisbar, a bei eelere Brongen Zwergen mat Massen vu méi wéi 65 Jupitermassen ass kee Lithium méi ze fannen.

Kann een awer an engem stärenähnlechen Objet mat enger Temperatur vu manner wéi 2800 K opfälleg ⁷Lithium-Linnen noweisen, dann handelt et sech eendeiteg ëm ee Brongen Zwerg. D´Linnen vum neutralen Lithium leien ausserdem am rouden Spektralberäich a sinn dofir och mat irdeschen Teleskopen gutt ze ënnersichen. Dës Method huet sech als Standard fir de Noweis vu Bronge Zwerge etabléiert.

[änneren] Verdeelung

[änneren] Stärekéip

Et goufen schonns vill Brong Zwerge a jonke Stärekéip wéi z. B. an den Plejaden nogewisen, awer et ass bis elo nach kee Koup komplett duerchsicht ginn. Ausserdem sinn an dëse Beräicher vill weider Kandidaten bekannt, deenen hir Memberschaft zu de Brongen Zwerge resp. dem Stärekoup selwer nach net geklärt sinn. Éischt Analysen sinn an der Rumm vun der Fehlerofschätzung mat der stellaren Massefunktioun veräinbar, awer gëtt et deelweis staark Ofweechungen. Et ass nach ze fréi, vir doraus eendeiteg op eng verännert Massefunktioun am Beräich vun de Brongen Zwerge ze schléissen.

[änneren] Stäregebuertsgebidder

An Stäregebuertsgebidder ass et ziemlech schwéier fir de Beweis vu Brongen Zwerge ze bréngen, well si sech opgrond vun hirem kuerzen Alter an hirer héijer Temperatur nëmme wéineg vu liichte Stären ënnerscheeden. Een weidert Problem an dëse Regiounen ass deen héije Stëbsundeel, deen duerch héich Extinktiounsraten d´Observatiounen erschwéieren.

[änneren] Duebelstären

Bei Systemen mat Brongen Zwerge bitt sech no éischte Resultater vun de Stärduerchmusterungen folgend Bild:

Bei vollstännegen Duerchmusterungen vun den F- bis M0-Stären an der Sonnenëmgéigend goufen nëmmen e puer Brong Zwerge an enken Duebelsysteme mat engem Ofstand vu manner wéi dräi Astronomesch Eenheeten (AE) fonnt, während dës Ofstänn bei 13 Prozent vun den Duebelstäresystemer optrieden. Dës Observatiounen ginn an der Literatur meeschtens als Brown Dwarf Desert beschriwwen. Bei gréisseren Ofstänn iwwer 1000 AE schéngt allerdéngs keen Ënnerscheed tëschent stellare Begleeder a Brongen Zwerge ze bestoen, dës Folgerung berout awer op enger Héichrechnung vu wéinegen Observatiounen an ass dofir nach ziemlech onsécher.
Ronn 20 Prozent vun den L-Zwerge, bei deenen et sech méiglecherweis zum groussen Deel ëm Brong Zwerge handelt, hunn e weideren Brongen Zwerg als Begleeder. Et goufen awer keng Duebelsystemer mat engem Ofstand vu méi wéi 20 AE fonnt.

[änneren] Kuckt och

schemateschen Gréisstevergläich tëschent Sonn, Brongem Zwerg, Jupiter an Äerd (v.l., NASA)

[änneren] Literatur

Ben R. Oppenheimer, S. R. Kulkarni, John R. Stauffer: Brown Dwarfs. In: Protostars and Planets. Bd 4. University of Arizona Press, Tucson 1999, Academic Press, San Diego Cal 2000 (PDF, gute, sehr umfangreiche Übersicht des Wissensstandes von 1998).
Shiv S. Kumar: The Bottom of the Main Sequence and Beyond. Speculations, Calculations, Observations, and Discoveries (1958-2002). ASP Conference Series. Bd 30. Astronomical Society of the Pacific, San Francisco Cal 2002 (PDF, Ausführliche Schilderung über die wissenschaftliche Akzeptanz in den 1960ern).
Gilles Chabrier: The Physics of Brown Dwarfs. In: Journal of physics. Condensed Matter. IOP, Bristol 10.1998, S.11263 (PDF, physikalische Theorie der Braunen Zwerge, sehr formellastig).
Bo Reipurth, Cathie Clarke: The Formation of Brown Dwarfs as Ejected Stellar Embryos. In: The Astronomical Journal. Univ. of Chicago Press, Chicago Ill 122.2001, S.432-439 (Grundlagen und Diskussion dieses Entstehungsmodells).
Ray Jayawardhana, Subhanjoy Mohanti, Gibor Basri: Evidence for a T Tauri Phase in Young Brown Dwarfs. In: The Astrophysical Journal. Univ. of Chicago Pr., Chicago Ill 592.2003, S.282-287 (PDF)
Coryn Bailer-Jones, Wolfgang Brandner, Thomas Henning: Braune Zwerge. Entstehung, Scheiben, Doppelsysteme und Atmosphären. in: Sterne und Weltraum. Spektrum der Wissenschaft, Heidelberg 2.2006,45, S.34-42.
I.N. Reid and S.L. Hawley: New Light On Dark Stars - Red Dwarfs, Low-Mass Stars, Brown Dwarfs, Springer, Berlin; Auflage: 2nd rev. ed. (Juni 2005)

[änneren] Um Spaweck

Commons: Brong Zwerge – Biller, Videoen oder Audiodateien