Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen eine überraschende Entdeckung von Methanemissionen gemacht, die von einem Braunen Zwerg oder „gescheiterten Stern“ ausgehen.
Die Forscher sagten, dass die Entdeckung darauf hindeutet, dass der Braune Zwerg durch die Aurora Borealis gekennzeichnet ist und möglicherweise ein unentdeckter Exomond ihn umkreist.
Die Entdeckung des Braunen Zwergs am James Webb-Weltraumteleskop ist überraschend, da diese kalten, isolierten Welten voraussichtlich nicht warm genug sind, damit Methan Infrarotlicht aussenden kann.
Diese Ergebnisse sind das Ergebnis des JWST-Programms zur Untersuchung von 12 Braunen Zwergen. Sie weisen darauf hin, dass diese gescheiterten Sterne Polarlichter erzeugen könnten, die den Nord- und Südlichtern der Erde sowie denen über Jupiter und Saturn ähneln. Das Fehlen eines Sterns in der Nähe dieses einsamen Braunen Zwergs könnte bedeuten, dass die Polarlichter darüber von einem verborgenen aktiven Mond erzeugt werden.
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Das Studienteam untersuchte den kalten Braunen Zwerg CWISEP J193518.59–154620.3 (W1935), der sich 47 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Während die Masse von W1935 kaum begrenzt ist und zwischen dem 6- und 35-fachen der Masse des Jupiter liegt, ist bekannt, dass er eine Oberflächentemperatur von etwa 400 °F (204 °C) aufweist. Dies ist die Temperatur, bei der Sie Schokoladenkekse backen (fehlgeschlagene Brownies?).
„Es wird erwartet, dass Methan in Riesenplaneten und Braunen Zwergen vorhanden ist, aber wir sehen normalerweise, dass es Licht absorbiert und nicht leuchtet“, sagt Jackie Faherty, Teamleiterin und leitende Bildungsdirektorin am American Museum of Natural History. Das sagte er in einer Erklärung. „Zuerst waren wir verwirrt über das, was wir sahen, aber schließlich entwickelte sich daraus pure Begeisterung für diese Entdeckung.“
Warum scheitern manche Sterne?
Braune Zwerge erhalten ihren unglücklichen Spitznamen „gescheiterte Sterne“, weil sie, obwohl sie wie ein Stern direkt aus einer kollabierten Gas- und Staubwolke entstehen, nicht genug Masse haben, um in ihrem Kern die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium zu katalysieren.
Dies ist der Prozess, der definiert, was ein Hauptreihenstern ist, sodass Braune Zwerge – deren Massen größer als die der größten Planeten, aber kleiner als die des kleinsten Sterns sind – diesen Zustand technisch „nicht erreichen“.
Faherty und seine Kollegen untersuchten viele Braune Zwerge mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, als sie bemerkten, dass W1935 ähnlich war, aber mit einem interessanten Unterschied: Er emittierte Methan, etwas, das noch nie zuvor in der Nähe eines gescheiterten Sterns beobachtet worden war.
Die Modellierung von W1935 ergab, dass dieser besondere Braune Zwerg auch eine sogenannte „Temperaturinversion“ aufweist. Dabei handelt es sich um ein Phänomen, bei dem die Atmosphäre des Planeten in tieferen Schichten kühler wird. Dies ist etwas, was man normalerweise bei Planeten beobachtet, die Sterne umkreisen, deren Atmosphäre sich von oben nach unten erwärmt. Für W1935 war es jedoch unerwartet, da der Braune Zwerg isoliert ist und keine externe Wärmequelle hat.
„Wir waren angenehm schockiert, als das Modell eindeutig eine Temperaturumkehr vorhersagte“, sagte Ben Burningham, ein Teammitglied und Wissenschaftler an der University of Hertfordshire, in der Erklärung. „Aber wir mussten auch wissen, woher die zusätzliche Wärme der oberen Atmosphäre kam.“
Um dieses Rätsel zu lösen, schaute sich das Team näher bei den Gasriesen des Sonnensystems, Jupiter und Saturn, um. Beide Gasriesen haben Methanemissionen und beide haben Atmosphären, die eine Temperaturinversion aufweisen.
Bei Jupiter und Saturn ist die Aurora die Ursache für die Methanemissionen und die Temperaturinversion, was Varty und das Team zu dem Schluss führte, dass dies das ist, was das James-Webb-Weltraumteleskop um 1935 entdeckte. Die große Frage ist: Was treibt die Aurora im Jahr 1935 an?
Dies ist ein Problem, da der Sonnenwind – der Strom geladener Teilchen von der Sonne – der Hauptantrieb für die Polarlichter von Jupiter, Saturn und Erde ist. Diese Ladungen treffen auf die Magnetfelder der Planeten, bewegen sich entlang der Feldlinien und interagieren mit Partikeln in der Atmosphäre. Dies erwärmt die oberen Schichten der Atmosphäre und führt dazu, dass Licht in der Nähe der Pole des Planeten emittiert wird. Da es keinen Wirtsstern gibt, der W1935 mit Sternwinden befeuert, kann dieser Prozess nicht der Hauptgrund für die Polarlichter des einsamen Braunen Zwergs sein.
Allerdings haben die Polarlichter von Jupiter und Saturn einen sekundären Antrieb, und zwar in Form geladener Teilchen, die in die Gasriesen strömen, weil ihre aktiven Monde Materie in den Weltraum schleudern. Beispielsweise ist der Jupitermond Io das vulkanischste Objekt im Sonnensystem und spuckt Lava Dutzende von Kilometern in den Weltraum, während der Saturnmond Enceladus Geysire in den Weltraum spuckt, die Wasserdampf und andere Materialien enthalten, die beim Erreichen des Weltraums gleichzeitig gefrieren und kochen.
Das Polarlicht von W1935 ohne Stern oder Sternwinde deutet daher darauf hin, dass der Braune Zwerg möglicherweise einen aktiven Mond umkreist.
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Bevor Wissenschaftler erstmals die Existenz eines Braunen Zwergmondes bestätigen können, sind weitere Beweise erforderlich. Bis dahin geben diese ersten Hinweise Aufschluss darüber, wie einflussreich das James-Webb-Weltraumteleskop sein wird, seit es im Sommer 2022 begann, seine Beobachtungen des Universums zurück zur Erde zu übertragen.
„Jedes Mal, wenn ein Astronom das James-Webb-Weltraumteleskop auf ein Objekt richtet, besteht die Möglichkeit einer überraschenden neuen Entdeckung“, schloss Faherty. „Als wir mit diesem Projekt begannen, hatte ich die Emission von Methan noch nicht auf dem Schirm, aber jetzt, da wir wissen, dass es sie geben könnte und ihre Erklärung so verlockend ist, bin ich ständig auf der Suche danach. Das ist Teil der Weiterentwicklung der Wissenschaft.“
Es war die Forschung des Teams veröffentlicht Heute (17. April) in der Natur.
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