JWST entdeckt zufällig 21 Braune Zwerge

Wenn Sie das leistungsstärkste Teleskop der Menschheit starten, erwarten Sie Ergebnisse. Das JWST hat hervorragende Ergebnisse geliefert, indem es antike Galaxien entdeckt, Chemikalien in Exoplanetenatmosphären identifiziert und Sternentstehungsregionen detaillierter und klarer untersucht hat als jedes andere Teleskop.

Aber jedes Mal, wenn ein neues Teleskop in Betrieb genommen wird, erzählen uns Astronomen, dass sie nicht nur von den erwarteten, sondern auch von den überraschenden Ergebnissen begeistert sind. Und wie andere Teleskope hat auch das JWST einige Überraschungen geliefert. Während seiner Arbeit hat das JWST 21 Braune Zwerge entdeckt.

Braune Zwerge sind „Zwischenobjekte“. Sie werden manchmal als „gescheiterte Sterne“ bezeichnet. Sie sind massereicher als ein Gasriese, aber weniger massereich als ein Stern. Sie wurden nie so massiv, dass sie eine Wasserstofffusion auslösten, das Markenzeichen eines Hauptreihensterns.

Braune Zwerge scheinen vielleicht nicht sehr interessant zu sein. Sie sind keine Planeten und sie sind keine Sterne. Aber sie sind Teil der Natur und passen daher irgendwie in das Gesamtbild der Dinge.

Es gibt wissenschaftliche Gründe, mehr über sie erfahren zu wollen. „Die Auswahl und Charakterisierung dieser Quellen ist von entscheidender Bedeutung für die Erforschung der anfänglichen Massenfunktion von Sternen, das Verständnis der Entwicklung binärer Sterne und für die Ausweitung der Zählung von Sternen, um die potenziell bewohnbare Planeten liegen könnten“, erklären die Autoren einer neuen Arbeit.

Das Papier ist „Braune Zwergkandidaten in den extragalaktischen Untersuchungen von JADES und CEERS,“ und es ist auf der verfügbar arXiv Preprint-Server. Der Hauptautor ist Kevin Hainline, Assistenzprofessor am Steward Observatory.

Braune Zwerge emittieren den größten Teil ihres Lichts im Infrarotbereich, auf dessen Erfassung sich das JWST spezialisiert hat. Aber Braune Zwerge sind selbst für den mächtigen JWST immer noch schwer zu entdecken. Die 21 neuen Braunen Zwerge wurden in Daten aus zwei verschiedenen vom JWST durchgeführten Umfragen gefunden, die sich nicht auf Braune Zwerge konzentrierten: JADES und CEERS.

JADES ist der JWST Advanced Deep Extragalactic Survey und CEERS ist der Cosmic Evolution Early Release Science Survey. Beide Durchmusterungen konzentrieren sich auf entfernte, alte Galaxien, eines der primären wissenschaftlichen Ziele des JWST. Die neuen Braunen Zwerge waren in all ihren Daten verborgen.

Diese Erkenntnisse sind aufgrund der Lage der Braunen Zwerge wichtig. Die meisten Braunen Zwerge, die wir kennen, befinden sich in unserer Sternumgebung, weil sie dort am einfachsten zu sehen sind. Aber das ist ein Problem, denn wenn Astronomen etwas untersuchen wollen, brauchen sie eine gute, repräsentative Probe. Aus einer Stichprobe, die ausschließlich aus einer Region einer Galaxie stammt, können sie keine belastbaren Schlussfolgerungen ziehen.

„Es ist wichtig, diese Proben zu erweitern, da Braune Zwerge in diesen Entfernungen uns helfen, die Geschichte der Sternentstehung in der Milchstraße zu verstehen“, schreiben die Autoren. Die meisten der 21 neu entdeckten Braunen Zwerge befinden sich in der dicken Scheibe und im Halo der Milchstraße. Sie sind zwischen 0,1 und 4,2 kpc groß und etwa 360 bis 13.700 Lichtjahre entfernt.

Einige Ergebnisse dieser Forschung zeigen, wie viel wir über Braune Zwerge noch lernen müssen. Unser Mangel an Wissen sollte nicht überraschen. Die Existenz Brauner Zwerge wurde erstmals in den 1960er-Jahren theoretisiert, die ersten eindeutigen Entdeckungen erfolgten jedoch erst Mitte der 1990er-Jahre. Astrophysiker finden immer noch heraus, wo sie hineinpassen.

Die Standorte einiger Brauner Zwerge, insbesondere derjenigen im galaktischen Halo, stehen im Widerspruch zu der Form, die Galaxien unserer Meinung nach annehmen. „Während die meisten Quellen in der dicken Scheibe liegen, finden wir vier Quellen, die möglicherweise im Halo der Milchstraße liegen“, schreiben die Forscher. „Diese Quellen passen schlecht zu Galaxienmodellen.“ Auch ihre atmosphärischen Spektren passen nicht gut zu aktuellen Modellen.

Das Forscherteam fand diese Braunen Zwerge bereits im ersten Jahr der Daten von JADES und CEERS. Sie werden also in Zukunft wahrscheinlich mehr finden, zumal diese Arbeit zeigt, wie verschiedene JWST-Filter die Braunen Zwerge erkennbar machen. Aber der wahre Spaß könnte erst in der Zukunft beginnen. „Diese Quellen bieten eine spannende Möglichkeit für Folgebeobachtungen mit gezielter JWST-NIRSpec-Spektroskopie, wenn man ihre Positionen innerhalb der Milchstraße berücksichtigt“, erklären die Autoren.

Erst kürzlich wurde eine Studie in Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe stellte mit dem JWST die allerersten gezielten Beobachtungen eines Braunen Zwergs vor. Diese Studie trägt den Titel „Die erste JWST-Spektralenergieverteilung eines Y-Zwergs.“ (Braune Zwerge gehören zu den Spektraltypen M, L, T und Y.) Diese Beobachtungen lieferten einige Ergebnisse, die im Widerspruch zur Theorie standen.

„Diese Quelle stellte eine Herausforderung für theoretische Modelle dar und zeigte, wie wichtig es ist, die Zahl dieser spektroskopisch untersuchten Quellen zu erhöhen“, schreiben die Autoren. Daher ist es wichtig, mehr Braune Zwerge mit den NIRSpec- und MIRI-Instrumenten des JWST zu untersuchen.

Braune Zwerge sind immer noch schwer zu fassende Ziele. Sie sind sehr lichtschwach und haben im Vergleich zu Hauptreihensternen eine sehr geringe Masse. Einige können bis zu 80-mal so groß sein wie Jupiter, obwohl sie alle ungefähr den gleichen Radius wie Jupiter haben. Das ist winzig für einen Stern. Für das Verständnis der Entstehung von Sternen und Planeten ist es jedoch entscheidend, mehr davon zu finden und genauer zu untersuchen. Glücklicherweise sind Astronomen dabei, noch viel mehr von ihnen zu finden und beginnen, ihre Wissenslücken zu schließen.

Diese 21 Braunen Zwerge wurden in extragalaktischen Untersuchungen gefunden. Ziel dieser Untersuchungen ist es, Objekte außerhalb der Milchstraße aufzuspüren und Sternkontaminationen zu vermeiden. Das hat uns zu einem glücklichen Zufall geführt.

„Während extragalaktische Tiefenfelder so konzipiert sind, dass sie außerhalb der Ebene unserer Galaxie zeigen, um Sternkontamination zu minimieren, hat die Verwendung von JWST-Tiefenbeobachtungen zur Erfassung dieser Quellen Auswirkungen auf die Population von Objekten außerhalb der dicken Scheibe, die möglicherweise zu den metallreichsten gehören.“ – arme und älteste Sterne bei diesen Temperaturen in der Galaxie“, heißt es in dem Papier.

Es gibt eine Vielzahl unbeantworteter Fragen rund um Braune Zwerge. Wenn einer entsteht, bildet er wie jeder andere Stern eine Scheibe. Man kann davon ausgehen, dass sich in der Scheibe Planeten bilden, genau wie um andere Sterne herum. Aber die Scheibe eines Braunen Zwergs hat viel weniger Masse als die Scheibe um andere Sterne und außerdem viel kleinere Radien. Dies dürfte die Entstehung terrestrischer Planeten wie der Erde und nicht die Entstehung von Gasriesen begünstigen. Ob dies der Fall ist, kann jedoch nur durch Beobachtungen festgestellt werden.

Braune Zwerge sind weder Sterne noch Planeten und ihre Entwicklung könnte sehr seltsam sein. Astrophysiker glauben, dass beim Abkühlen eines Braunen Zwergs etwa 100 bis 500 Millionen Jahre nach seiner Entstehung seltsame Dinge in seiner Atmosphäre passieren. Es ist möglich, dass sich staubige Wolken aus Quarz und anderen Mineralien bilden.

Die Autoren dieses Papiers freuen sich eindeutig auf eine möglicherweise bevorstehende Flut an Entdeckungen Brauner Zwerge. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass es in der Milchstraße zwischen 25 und 100 Milliarden Braune Zwerge gibt. Wir stehen erst am Anfang einer Zählung Brauner Zwerge, und wenn Astronomen immer mehr von ihnen entdecken und untersuchen, werden wir verstehen, wo sie in die Natur passen.

„Wir gehen davon aus, dass die große Zahl an Kandidaten für Braune Zwerge, die in den nächsten Jahren gefunden werden, Aufschluss über die Geschichte der Sternen- und Planetenentstehung in unserer Galaxie geben wird.“