Man könnte argumentieren, dass Braune Zwerge nicht die Aufmerksamkeit bekommen, die sie verdienen. Sie werden manchmal als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet, weil sie nicht genug Masse haben, um die Kernfusion aufrechtzuerhalten, die alle Sterne, einschließlich unserer Sonne, antreibt. Aber sie sind auch zu groß, um als Planeten zu gelten, denn einige von ihnen haben die 75-fache Masse des Jupiters.
Obwohl sie nicht eindeutig in eine dieser bekannten Kategorien astronomischer Objekte passen, enthalten Braune Zwerge wichtige Hinweise auf die Prozesse, die die Milchstraße gebildet haben. Das Vera C. Rubin Observatory der NSF-DOE wird bald eine noch nie zuvor beobachtete Population Brauner Zwerge außerhalb der unmittelbaren Nachbarschaft der Sonne enthüllen und Wissenschaftlern damit mehr Werkzeuge zur Kartierung der Geschichte und Entwicklung unserer Heimatgalaxie geben.
Rubin Observatory ist ein Programm des NSF NOIRLab, das Rubin gemeinsam mit dem SLAC National Accelerator Laboratory betreiben wird.
„Braune Zwerge sind diese seltsamen Zwischenobjekte, die sich jeder Klassifizierung entziehen“, sagte Aaron Meisner, Associate Astronomer am NSF NOIRLab und Mitglied des Community Science Teams des Rubin Observatory. Braune Zwerge sind nicht nur kleiner als Sterne, sondern auch viel kühler, mit Oberflächentemperaturen von etwa 0 bis 2.000 Grad Celsius (32 bis 3.600 Grad Fahrenheit). Das bedeutet, dass sie im sichtbaren Spektrum nicht sehr viel Licht erzeugen, was es schwierig macht, sie mit optischen Teleskopen zu erkennen.
„Es ist möglich, dass wir in einem ganzen Meer dieser Objekte schwimmen, die wirklich schwach und schwer zu erkennen sind“, sagte Meisner.
Dieselben Eigenschaften, die Braune Zwerge so ungewöhnlich und schwer fassbar machen, machen sie auch zu hervorragenden Kandidaten, um Wissenschaftlern dabei zu helfen, die Entstehung und Entwicklung der Milchstraße zu entschlüsseln, die stark von Verschmelzungen mit kleineren, nahegelegenen Galaxien beeinflusst wurde. Braune Zwerge haben eine längere Lebensdauer als die größeren, heißeren Sterne, sodass weit entfernte Braune Zwerge, die im frühen Universum entstanden, noch immer existieren, weitgehend unverändert und mit wertvollen Informationen über die Milchstraße in ihrer frühen Geschichte. Indem Wissenschaftler die Eigenschaften dieser alten Braunen Zwerge untersuchen, können sie sie bis zu ihren ursprünglichen Galaxien zurückverfolgen und alle Veränderungen in der Entstehung der Sterne der Milchstraße im Laufe der kosmischen Zeit aufdecken.
Zehn Jahre lang, beginnend ab Ende 2025, wird Rubins Simonyi Survey Telescope den Himmel von seinem Aussichtspunkt auf dem Cerro Pachón in Chile aus absuchen. Rubin wird mit der LSST-Kamera – der größten Digitalkamera der Welt – alle paar Nächte breite, detaillierte Bilder aufnehmen, die den gesamten sichtbaren Himmel abdecken. Rubins sechs Kamerafilter werden Licht aus einem breiten Spektrum optischer Wellenlängen und bis in den Nahinfrarotbereich übertragen. Rubins Nahinfrarotfähigkeit, kombiniert mit seinem weiten Sichtfeld und seiner Fähigkeit, tief in den Weltraum zu blicken, wird ihn zu einem leistungsstarken Detektor für schwache Objekte machen, die hauptsächlich Infrarotlicht aussenden, wie etwa Braune Zwerge.
Detaillierte Vorhersagen zu den entfernten Braunen Zwergen, die Rubin sehen wird, wurden kürzlich von Christian Aganze durchgeführt, einem Postdoktoranden an der Stanford University.
Rubin wird das Licht von Braunen Zwergen in weitaus größerer Entfernung erfassen als bisherige Untersuchungen im sichtbaren Licht. Bestehende optische Untersuchungen wie Pan-STARRS und Sloan Digital Sky Survey haben uns hauptsächlich dabei geholfen, Braune Zwerge zu entdecken, die relativ nahe sind.
„Aktuelle Untersuchungen reichen bis zu einer Entfernung von etwa 150 Lichtjahren von der Sonne, um alte Braune Zwerge im Halo der Milchstraße zu finden“, sagte Meisner. „Aber Rubin wird in der Lage sein, mehr als dreimal so weit zu sehen.“ Diese größere Entfernung bedeutet eine noch größere Vergrößerung des Gesamtraums, der den Wissenschaftlern zur Verfügung steht, um diese Braunen Zwerge zu finden und zu studieren – und bietet den Wissenschaftlern die größte Auswahl dieser schwach leuchtenden Objekte, die sie jemals hatten.
Forscher wie Meisner sind begeistert von der Aussicht, genügend weit entfernte Braune Zwerge zu finden, um sie auf Populationsebene statt einzeln zu untersuchen. Auf diese Weise können sie die Eigenschaften verschiedener Untergruppen vergleichen und nach Mustern in ihrer Verteilung suchen.
„Rubin wird eine Population urzeitlicher Brauner Zwerge enthüllen, die etwa 20 Mal größer ist als alles, was wir bisher gesehen haben“, sagte Meisner. „Das wird uns ermöglichen zu entschlüsseln, aus welchen Teilen der galaktischen Substruktur verschiedene Braune Zwerge entstanden sind, und zu großen Fortschritten in unserem Verständnis führen, wie die Populationen der Milchstraße entstanden sind.“