Neue Beobachtungen geben Aufschluss darüber, ob die Geburt von Braunen Zwergen ähnlich verläuft wie die von Sternen

Die Geburt von Sternen ist insbesondere in der Frühphase ein chaotischer und dynamischer Prozess, der durch komplexe Gasstrukturen in Form von Spiralen und Streamern gekennzeichnet ist. Solche Strukturen werden als „Speisefilamente“ bezeichnet, weil sie das gasförmige Material aus der Umgebung dem neugeborenen Stern zuführen, ähnlich wie kosmische Nabelschnüre.

Braune Zwerge sind Himmelsobjekte mit einer Masse von weniger als einem Zehntel der Sonnenmasse. Dadurch sind sie zu klein für eine Kernfusion und leuchten wie Sterne. Bisher wussten Wissenschaftler nicht, ob Braune Zwerge wie sonnenähnliche Sterne entstehen oder nicht.

Um diese Hypothese zu überprüfen, sind hochempfindliche Beobachtungen mit hoher Winkelauflösung von Braunen Zwergen in ihren frühesten Entstehungsstadien erforderlich.

Einem internationalen Team unter der Leitung des LMU-Astrophysikers Dr. Basmah Riaz von der Universitätssternwarte München ist nun genau das gelungen: Die Forscher führten mithilfe des hochmodernen ALMA-Observatoriums in Chile Beobachtungen des extrem jungen Braunen Zwergs Ser-emb 16 durch veröffentlicht ihre Ergebnisse im Journal Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society.

„Unsere Beobachtungen haben spektakuläre großräumige Spiral- und Streamer-Strukturen entdeckt, die noch nie zuvor bei einem neugeborenen Braunen Zwerg beobachtet wurden“, sagt Riaz. Die Filamente bedecken ein riesiges Gebiet von etwa 2.000 bis 3.000 Astronomischen Einheiten und sind mit Ser-emb 16 verbunden. Um ihn herum wurden auch Materieklumpen gesehen, die sich möglicherweise selbst zu jungen Braunen Zwergen entwickeln könnten.

„Diese Beobachtungen zeigen zum ersten Mal den Einfluss der äußeren Umgebung, der zu einer asymmetrischen Massenansammlung über die Weiterleitung von Filamenten an einen entstehenden Braunen Zwerg führt“, sagt der Astronom.

Kollabierende Klumpen oder magnetische Kerne?

Die Spiralstrukturen und Luftschlangen liefern wichtige Hinweise auf die Entstehung Brauner Zwerge. Nachdem sie mögliche Szenarien simuliert hatten, verglichen die Forscher diese mit Daten des ALMA-Observatoriums. Die großen Strukturen könnten beispielsweise durch Kollisionen kollabierender Klumpen innerhalb einer Sternentstehungsregion erklärt werden. Damit dies geschieht, müssten solche Kollisionen während der Lebensdauer sternbildender Kerne mindestens einmal stattfinden.

„Wir haben durch neue numerische Simulationen gezeigt, dass Kollisionen den Zusammenbruch selbst kleiner Klumpen zur Bildung Brauner Zwerge auslösen. Spiralen und Luftschlangen unterschiedlicher Größe und Morphologie bilden sich aufgrund der seitlichen und nicht frontalen Kollisionen“, sagt Co-Autor Dr. Dimitris Stamatellos von der University of Central Lancashire in England.

Wenn dieses Modell korrekt ist, impliziert es einen dynamischen Entstehungsprozess Brauner Zwerge, ähnlich wie bei sonnenähnlichen Sternen, bei denen chaotische Wechselwirkungen in einer Sternentstehungsumgebung schon in jungen Jahren üblich sind.

In einem anderen Szenario zeigten die Simulationen, dass die beobachteten Strukturen der großen (Pseudo-)Scheibe um einen sehr jungen Braunen Zwerg entsprechen, wobei die (Pseudo-)Scheibe durch die Rotation des Kerns des Braunen Zwergs in Gegenwart von a verdreht wurde starkes Magnetfeld. Wenn dieses Modell korrekt ist, bedeutet dies, dass das Magnetfeld eine wichtige Rolle bei der Bildung Brauner Zwerge spielt.

„Unsere ALMA-Beobachtungen liefern einen einzigartigen Einblick in die frühen Entstehungsstadien Brauner Zwerge“, sagt Riaz. Ein Vergleich der Beobachtungen mit den Modellen stützt ein Szenario mit gravitativem Einfall, das die asymmetrische Massenansammlung in Form von Spiralen und Streamern erklären kann, wie sie um sich bildende Sterne herum beobachtet werden.

„Daher stellt Ser-emb 16 einen einzigartigen Fall eines Braunen Zwergs dar, der dabei ist, sich sternförmig zu bilden“, erklärt Professor Masahiro Machida von der Universität Kyushu in Japan, ebenfalls Mitautor der Studie.