Braune Zwerge?

Ehem, vielleicht weil er einfach zuwenig Masse besitzt? Deshalb wird der Kern nicht heiß genug und die Fusion zündet nicht.
Oder ist das zu einfach gedacht?

Moin Chris

Wenn sich eine Gaswolke - aus welchem Grund auch immer - zusammenzieht (kollabiert) entstehen viele Sterne auf einmal und nicht nur eine Sonne. Man spricht dann von einem 'Sternentstehungsgebiet'.

Thermodynamische Prozesse und die Gravitation sowie grundlegende mechanische Prozesse spielen dann Hand in Hand.
Zum einen muss der Drehimpuls der Gesamtwolke immer erhalten bleiben. Wenn die Wolke also in vielen Einzelsonnen/Bereiche zerfällt, fangen diese schrumpfenden Bereiche der Wolke an umso schneller zu rotieren, je kleiner das Volumen des Gasbereichs ist. Es bildet sich da zunächst ein Gleichgewicht aus Rotation (und die Fliehkraft, die dabei entsteht) sowie der Anziehungskraft der Gaswolke.

Rotation erzeugt aber Reibung und diese produziert Wärme. Die wird in den übrigen Weltraum abgestrahlt, was wiederum eine Abkühlung bewirkt. Erst dadurch kann die Wolke weiter schrumpfen. (Wohlgemerkt, eine Sonne ist noch nicht in Sicht. Wir sind noch eine Phase davor.) Denn durch die Abkühlung lässt der Gasdruck (kaltes Gas braucht bei gleichem Druck weniger Volumen) nach.

Außerdem wird durch die Reibung ein Teil des Drehimpuls vom Inneren des Kollapsbereichs nach außen abtransportiert. Akkretionsscheiben entstehen als Konsequenz der Reibung und der Rotation. Denn diese Form ist bei einer rotierenden Gaswolke die Form mit der geringsten Reibung (weil alle Gasmoleküle in der gleichen Richtung um ihr Schwerkraftzentrum kreisen). Erst wenn sich die Dichte des Gases weiter erhöht, weicht das Gas in der Mitte der Akkretionsscheibe, wo der Druck ja auch am höchsten ist, zu einer Kugel aus, was man Sonnenvorläufer (Protosonne) nennen könnte. Diese Prozesse laufen allerdings zeitgleich ab.

Im Sternentstehungsgebiet entsteht dann ein Wettlauf, welche zukünftige Sonne am meisten vom Gasvorrat einsammeln kann. Gewinner sind die, die am Anfang erst mal zeitlich schneller waren (weil z.B. die auslösende Störung dort zuerst eingetroffen ist) oder wo zufällig etwas mehr Gas vorhanden war. Auch sind Stellen, die ein Tick kälter waren im Vorteil, sowie Stellen, die aufgrund erhöhten Staubanteils (Astronomen sprechen von Metallgehalt und meinen alles, was nicht Wasserstoff und Helium ist) am größten waren. Denn diese können Wärme besser als Strahlung abführen und damit den Schrumpfungsprozess beschleunigen.

Braune Zwerge sind nun mal die Verlierer. Sie fangen langsam an, andere klauen ihnen den Gasvorrat und sie können daher nicht zu der Größe heranwachsen, dass sie im Inneren genügend Druck und Temperatur aufbauen können, die für eine Kernfusion notwendig wären.

Nochwas ... Wenn sich die Gaswolke im Zentrum einer Akkretionsscheibe erst mal herausgebildet hat, dann verschiebt sich das Gleichgewicht von Temperatur/Druck und Anziehungskraft immer mehr zu höheren Drücken und Temperaturen, je mehr Gas sich versammelt. Denn mit zunehmender Masse kann die Schwerkraft es dann immer noch zusammenhalten. Das ist bei Sternentstehungen so schlimm, dass die Sonne allein wegen der Reibung beim Schrumpfen/Akkretieren schon anfängt zu zu strahlen. Nur sieht man die dann meist noch nicht, weil zuviel Staub um sie herumfliegt.

Hat eine Sonne dann genug Masse akkretiert und fängt an zu 'zünden', dann kommt der Prozess der Akkretion recht schnell zu einem Ende, denn die Strahlung bläst den Staub um sie herum regelrecht weg. Zwar ist dann das meiste Gas schon eingesammelt, aber mit der Strahlung bläst sie auch ihren Nachbarn die Vorräte weg. Vor allem, wenn es viele Sonnen gleichzeitig machen. So können braune Zwerge davon nur ganz selten profitieren. Erst trinkt jemand anderes aus ihrem Glas, dann schüttet dieser den Rest auch noch weg. [:D]

Im Rahmen dieser Prozesse bilden sich in der Akkretionsscheibe meist noch lokale Bereiche heraus, die ebenfalls Gas einsammeln. So entstehen dann Zwillingssonnensysteme und Gasplaneten, welche nichts anderes sind als Braune Zwerge, die fest um eine Sonne kreisen.

Ich habe jetzt bewusst auf Formeln und Zahlen verzichtet. Einfach verschiedene Regeln und Argumente mal schlüssig aneinandergereiht, damit man eine grobe Orientierung über die Vorgänge entwickelt und vielleicht mal selbst im Netzt weitersuchen kann.

Gruß

Boah Kalle genial^^

Danke
Andreas

Kalle, ich bin schwer beeindruckt.
Woher dieses ganze Wissen? Wenn Du das alles mal eben aus dem Kopf geschrieben hast, bist Du für mich der nächste Harald Lesch. Könntest doch mal ein Buch schreiben, die Erklärungen sind auch für Laien verständlich.
Also - Hut ab!
Gruß,
Ulli

Hi Kalle,

danke für Deine Ausführungen! Ich habe einiges daraus gelernt. Beispielsweise dass Jupiter und Saturn braune Zwerge sind (wie ist das mit Uranus und Neptun?). Stimmt das?

Viele Grüße,
Martin

Hi Martin,

nein, leider nicht: Braune Zwerge sind nicht das gleiche wie Gasplaneten. Braune Zwerge sind sehr viel massereicher (etwa 10 Mal) als selbst der Jupiter.
Das hat für die meisten Braunen Zwerge einen wichtigen Unterschied zur Folge: Zwar schaffen sie es nicht, normalen Wasserstoff zu fusionieren, sonst wären sie ja normale Zwergsterne. Sie können aber - im Gegensatz zu Jupiter und Co. - in ihrem Inneren Deuterium (eine leichter zu fusionierende Abart des Wasserstoff) und in manchen Fällen Lithium fusionieren, und haben daher eine Zeit lang eine nukleare Energiequelle.

Viele Grüsse,
Dominik

Hi Dominik,

danke für Deine Korrektur. Demnach stimmt der folgende Satz von Kalle also nicht:

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">So entstehen dann Zwillingssonnensysteme und Gasplaneten, welche nichts anderes sind als Braune Zwerge, die fest um eine Sonne kreisen.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Viele Grüße,
Martin

Martin,
die Unterschiede sind kleiner als das die zusätzliche Kernfusion das vermuten lässt.

Es sind nur die Massenunterschiede, die Planeten wie Jupiter von einem braunen Zwerg unterscheiden. Wäre Jupiter auch so schwer geworden, hätte das Deuterium (ein Wasserstoff-Isotop) im Kern die Fusionstemperatur (und Druck) um selbst zu strahlen. Das Verhätlnis von Wasserstoff zu Deuterium beträgt ca. 30.000 zu 1 (oder sogar weniger). Viel Fusionsmaterial kommt da also nicht zusammen. Der reicht gerade mal für 50 bis 100 Mio. Jahren. Danach kommt der Prozess wieder zum Erliegen. Was bleibt ist der deutlich geringerer Anteil an Deuterium. Ich habe keine Ahnung, ob man dieses Wissen bei so lichtschwachen Objekten aber spektrografisch zur Unterscheidung nutzen kann.

Übrigens werden Gasplaneten, wenn sie noch schwerer als Jupiter sind, wieder kleiner im Durchmesser, weil dann die Gravitation das Gas noch besser zusammenziehen kann. So gesehen hat Jupiter als Gasplanet quasi die Maximalausdehnung, die ein (kalter) Himmelskörper erreichen kann.

Selbst kalte Objekte (ohne Kernfusionsprozess von Deuterium) können Wärme abstrahlen. Zum einen entsteht beim sich Zusammenziehen Wärme (die Energie wird aus dem Schwerkraftpotential gewonnen). Dazu kommen noch natürliche Zerfallsprozesse von schweren Isotopen (natürliche Kernspaltung), die ebenfalls Wärme produzieren (Je nachdem, woraus er sich zusammensetzt). Somit ist das Erscheinungsbild fließend, von Riesenplaneten zu braunen Zwergen. Je mehr Masse ein Objekt hat, desto wärmer wird er. Je älter das Objekt ist, desto mehr kühlt es wieder ab. Die freiwerdende Gravitationsenergie durch andauernde Schrumpfung liefert unterm Strich die meiste Energie, sogar bei braunen Zwergen.

Ich möchte nicht wissen, wie viele der entdeckten Exoplaneten braune Zwerge sind.

Und es gibt auch 'Objekte planetarer Masse', die unterhalb der braunen Zwerge angesiedelt sind, und die nicht um eine Sonne kreisen, sondern sich frei in der Milchstraße bewegen, wenn die dann 'Monde' haben, dürfen diese sich dann als Planeten bezeichen? [:D] Nur die sieht man mit Teleskopen (noch) nicht.

Die Hydrodynamik solche Gasobjekte ist letztlich noch nicht genau verstanden, im Kern entarten zum einen die Elektronenschalen der Atome und es dürfte erhebliche Unterschiede geben in der Zusammensetzung, je nachdem, ob so ein Gasplanet/br. Zwerg innerhalb einer Akkretionsscheibe einer 'großen Sonne' entsteht, oder einsam als verhinderte Sonne in einem Sternengebiet vor sich hin hungert.

Gruß

Guten Abend Kalle,

ich dank' Dir für Deine weiteren Ausführungen. Ich verstehe es jetzt besser, und sehe, dass die Begriffe für die Himmelsobjekte teilweise zu verwaschen definiert oder voneinander abgegrenzt sind.

Grüße,
Martin

Martin,
denk zurück an die Definition von Pluto als Nicht-Planet. Viele Begriffe stammen aus Zeiten, da konnte man bestimmte Eigenschaften noch nicht 'modellieren' oder 'unterscheiden'. Erst die aktuelle Generation von Großteleskopen z.B. macht die Betrachtung von Exoplaneten möglich. Davor war man auf Mutmaßungen angewiesen. Ähnliches gilt für die chemischen, mechanischen und insbes. quantenmechanische Prozesse innerhalb eines Sterns (gleich welcher Größe). Dafür braucht man Supercomputer. Wie komplex das ist, zeigt die USA, die auf diese Weise Atombombenexplosionen simuliert.

Ein anderes Beispiel ist, wenn man in jüngster Zeit die Spektren von Nova-Explosionen oder Sternen so gut simuliert, dass man diese mit den Beobachtungsdaten vergleichen kann. Dies ist Vorraussetzung dafür, die absolute Helligkeit zu berechnen und aus der beobachteten Helligkeit dann auf die Entfernung schließen zu können. IMHO sind die da noch nicht mal auf einem Niveau wie die Wetter- und Klimaforscher. (Ist letztlich eine Geldfrage.) Das zeigt umgekehrt, welche Unsicherheit da noch drin steckt.

Gruß

Ebenfalls guten Abend,

ich mag hier keine Dauerdiskussion anzetteln, aber es nutzt eben nichts, keiner hat was von einem Forum in dem semi-richtige Sachen stehen...

Also, die Unterschiede Brauner Zwerg &lt;-&gt; Gasplanet sind schon sehr sehr klar! Wie ich oben schon sagte, wir sprechen nicht über eine unscharfe Grenze, sondern über einen Masseunterschied Faktor 10, das _ist_ viel!

Früher(tm) nahm man als Unterscheidungskriterium die Entstehung: Braune Zwerge durch Jeans-Kollaps einer Molekülwolke, Gasplaneten durch Zusammenballung in einer Staubscheibe um einen Protostern (welcher Weg beschritten wird hat grossen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des fertigen Objekts.).

Heute nehmen aber die meisten Astrophysiker eher das Kriterium "Fusion ja/nein", wie ich oben schrieb.

Weiter könnte man auch über die Energiebilanz argumentieren, Braune Zwerge strahlen deutlich mehr ab als sie empfangen - bei Jupiter ist es anders herum (da gibt es aber Ausnahmen, wenn es auf Gasplaneten wie Saturn z.B. dauernd "regnet", dann sinken schwerere Stoffe nach unten, und das setzt auch Energie frei).

Schliesslich gibt es auch Unterschiede bei der Struktur: Während Gasplaneten (siehe den "Regen" oben) eine Trennung nach Dichte zumindest ansatzweise ausbilden, sind Braune Zwerge vermutlich voll konvektiv - brodeln also andauernd alles durch. In extremen Fällen vielleicht aber nur unterhalb der äussersten Schichten, so genau weiss man das nicht.

Die Entartung der Elektronen (nicht(!) der "Elektronenschalen" -&gt; Kalle meinte wohl Orbitale, aber das ist was ganz anderes) spielt bei Jupiter noch keine Rolle, der würde also grösser werden, nicht kleiner, wenn er schwerer wäre. Auch dieser Prozess des Schrumpfens trotz Massezunahme setzt erst bei etwa 10 facher Jupitermasse ein, könnte man also wieder als Unterscheidungsmerkmal nehmen.

Von den detektierten und bestätigten Exoplaneten ist vermutlich kein einziger ein Brauner Zwerg. Die Unterscheiden sich spektroskopisch (wieder wegen der Konvektion) z.B. im Lithiumgehalt sehr deutlich von Gasplaneten. Für viele Exoplaneten gibt es noch keine Spektren, klar, aber in allen Fällen die bestätigt wurden sind die Massegrenzen unter denen der Braunen Zwerge. Der Nachweis darüber wird heutzutage "verlangt" bevor einem jemand eine Planetenentdeckung glaubt, ansonsten wird das Objekt eh als möglicher Brauner Zwerg klassifiziert.

Dass die Kontraktion die Hauptenergiequelle bei Braunen Zwergen ist, stimmt. Bei Planeten dagen spielt auch hier wieder oft radioaktiver Zerfall (nein, keine natürliche Kernspaltung, sondern spontaner Zerfall, das ist ein grundsätzlicher Unterschied, u.a. was die erzeugten Energiemengen und Produkte angeht!) eine grössere Rolle.

Wie gesagt, nicht als Angriff gegen irgendwen gemeint, nur als Klarstellung.

Viele Grüsse,
Dominik