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Astronomie: Brauner Zwerg

Prinzipielle Größenverhältnisse eines Braunen Zwergs © goruma (H.Ganter)

Unter einem "Braunen Zwerg versteht man ein sehr massenreiches astronomisches Objekt, das aufgrund seiner Masse aber noch keine "richtige" Sonne ist, aber auch kein Planet mehr. Mittlerweile gelten sie neben den Sternen und Planeten als eine  eigene Objektklasse.  Ihr Name stammt übrigens daher, dass sie in der Systematik der Leuchtkraft von heißen Sternen = blau, weniger heißen Sternen = rot als sehr wenig hell leuchtend = braun eingegliedert wurden. Es sei erwähnt, dass ca. 10% der Objekte  - nicht der Masse -  in unserer Milchstraße Braune Zwerge sind.

 

Eine Sonne benötigt eine Masse und eine Temperatur, die so groß ist, dass es zur Kernfusion von Wasserstoff zu Helium kommt. Dazu reicht die Masse bzw. die Temperatur eines Brauen Zwergs nicht aus. Damit eine Wasserstofffusion also die Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium in Gang kommt, ist eine Masse erforderlich die mehr als 8% der Masse unserer Sonne beträgt - was etwa der 75-fachen Masse des Jupiters entspricht. Auch bei einer Zunahme der Masse eines Braunen Zwergs ändert sich sein Radius kaum, und zwar wegen der damit gleichzeitig erhöhten Schwerkraft - es vergrößert sich aber  natürlich dann die Dichte.

Braune Zwerge besitzen daher Massen, die etwa zwischen dem 13-fachen bis 75-fachen der Masse des Jupiters liegen. Der Radius bzw. der Durchmesser von Braunen Zwergen ist vergleichbar mit dem des Jupiters. Das bedeutet, dass ein Brauner Zwerg mit der 75-fachen Masse des Jupiters eine Dichte von etwa 99,45 g/cm3 besitzt. Seine Dichte ist damit rund 100-mal so groß wie die von Wasser und rund rund 9 mal so groß wie die von Blei.

Es sei erwähnt, dass die Masse des Jupiters 1,899·1027 kg und sein Äquatordurchmesser 142.984 km beträgt.
Wie jeder Stern besitzt auch ein Brauner Zwerg etwas Deuterium (H2), und Deuterium kann bei bereits geringeren Temperaturen mit Wasserstoff eine Kernfusion in Gang setzen. Braune Sterne werden daher durch eine Deuterium- Wasserstoff- Fusion - die zwar nicht  so viel Energie freisetzt wie die Wasserstofffusion - dennoch erhitzt und zum Leuchten gebracht. Während dieser Entwicklungszeit sind sie an ihrer Oberfläche ungefähr 2.000 Grad Celsius heiß, während unsere Sonne etwa 8.000 Grad an der Oberfläche besitzt. Wenn das relativ wenige Deuterium verbraucht ist, beginnt sich der Stern allmählich abzukühlen.
Die Kern-Fusion in einen Braunen Zwerg lässt sich formal wie folgt darstellen:

H2 +H = He3 + Gammaphoton + Energie

Braune Zwerge werden meist in jungen Sternhaufen, zum Beispiel den Plejaden, nachgewiesen, wo sie noch neu und damit leuchtkräftig sind. Der erste Braune Zwerg, der eindeutig nachgewiesenen wurde, war "Gliese 229 B, der 1995 entdeckt wurde. Er befindet sich im Sternbild des Hasen in einer Entfernung von 19 Lichtjahren von der Erde und besitzt eine Masse von ca. 40 Jupitermassen. Er umkreist den Roten Riesen "Gliese" in einer Entfernung von 40 AE (Astronomischen Einheiten) = 5,984 Milliarden km. Die "Geburt" eines Braunen Zwerges - eines so genannten Braunen Protozwerg - wurde im Sternbild Stier in einer Entfernung von 450 Lichtjahren entdeckt. Der Stern erhielt die Bezeichnung SSTB213Jo41757

Entstehung
Die Entstehung von Braunen Zwergen ist noch nicht eindeutig geklärt, es gibt dazu u.a. folgende Theorien:
- Ein System aus drei Sternen, die sich am Beginn ihrer Entstehung befinden, schleudert aufgrund der Gravitationskraft das leichteste der drei Objekte aus dem System heraus. Das hat zur Folge, dass dieses Objekt nicht die zur Entstehung einer Sonne notwendige Masse besitzt. 
 - Einer anderen Vorstellung nach besteht die Möglichkeit, dass sich Braune Zwerge in den äußeren Regionen von neu entstehenden Sternen bilden und dabei von diesen getrennt werden. Dies kann etwa aufgrund einer zu nahen Begegnung mit einem dritten Stern geschehen. Derartige Begegnungen sind durchaus nicht selten. 
Aber nach beiden Theorien können Braune Zwerge nur bei der Geburt von Sternen entstehen.

Gefährdung der Erde
Da es im All immer wieder zu Kollisionen von Sonnen und ganzen Galaxien kommt, könnte natürlich theoretisch auch eine Kollision eines Braunen Zwerges mit der Erde stattfinden. Aber diese Wahrscheinlichkeit ist auf sehr lange Zeit extrem gering und genau so wahrscheinlich wie die, mit einer anderen Sonne zu kollidieren. Sofern ein Brauner Zwerg Teile seiner Masse abgesprengt hätte, würden sich diese - wegen der fehlenden Schwerkraft -  ausdehnen und zu Gaswolken werden. Es ist damit nahezu ausgeschlossen, dass derartige sehr dichte und damit zerstörerische Objekte als eine Art Asteroid oder Meteor mit der Erde oder dem Mond kollidieren könnten.

Last Impact - Der Einschlag

Dieser zweiteilige Fernsehfilm wurde 2008 in den USA, Kanada und Deutschland produziert. Die Erstausstrahlung in Deutsch erfolgte am 13. und 14. Mai 2009 auf dem Privatsender Sat.1.In diesem Film schlagen Teile eines Brauen Zwerges auf dem Mond ein und vergrößern dessen Masse damit auf rund das Doppelte der Erdmasse.

Daraufhin kommt es zu einer Annäherung des Mondes an die Erde mit der Gefahr eines Einschlags. Vorher traten auf der Erde jedoch extreme Anomalien mit zahlreichen Toten und Verletzten auf.  Mittels sehr futuristischer Technologien wird der eingeschlagene Teil des Braunen Zwerges wieder aus dem Mond herausgesprengt und damit die Erde und die Menschen gerettet. Um das zu bewerkstelligen, mussten vier Astronauten, darunter ein Deutscher sowie eine Russin, ein Russe und ein Amerikaner zur Mondoberfläche fliegen. Der Deutsche und die Russin kamen dabei ums Leben, während der Amerikaner und der Russe die Erde gesund erreichten.

Darsteller, Regie und Drehbuch
Natasha Henstridge
David James Elliott
Benjamin Sadler
Florentine Lahme 
James Cromwell
Steven Culp 
Owen Best 
Natasha Calis
Colin Cunningham
Regie: Mike Rohl
Drehbuch: Michael Vickerman

Etwas zum Nachrechnen

Es wäre sicherlich sehr übertrieben, einen Katastrophenfilm zum Anlass für detaillierte Berechnungen zu nehmen. In diesem Fall soll es aber dennoch gemacht werden, da die Rechnung eine ganze Menge Fakten zutage bringt, die durchaus von allgemeinem Interesse sind:
Mondmasse: 7,349·1022 kg
Erdmasse: 5,974·1024 kg
Die Dichte eines Braunen Zwergs beträgt rund 100.000 kg/m3 - das sind (100.000·1.000.000.000 kg/ km3 = 1014 kg/ km3. Im Film hatte der Teil des Braunen Zwergs, der auf dem Mond eingeschlagen war, einen Durchmesser von 20 km - also einen Radius von 10 km. Es sei vereinfacht angenommen, der Teil des eingeschlagenen Braunen Zwerges hätte Kugelform. Das Volumen einer Kugel mit einem Radius von 10 km berechnet sich dann wie folgt:
 V = 4/3·π·103 km3  = 4,19·103 km3 

Damit hätte ein Brauner Zwerg mit einem Radius von 10 km folgende Masse:

m = 4,19·103 km3·1014 kg/km3 = 4,19·1017kg

Und das ist gerademal etwas mehr als ein Zehnmillionstel der Erdmasse. Eine derartige Massenzunahme des Mondes wäre auf der Erde praktisch nicht wahrnehmbar!

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