Starke Winde auf Braunen Zwergen

 -  Aktuelles aus der Astronomie  - 
Bildquelle: Nasa / R. Hurt / IPAC

Neue Methode zur Messung von Windgeschwindigkeiten auch für große Exoplaneten geeignet.

Als Braune Zwerge bezeichnen Astronomen Himmelsobjekte, die bezüglich ihrer Masse zwischen Planeten und Sternen angesiedelt sind.

Einem Forscherteam aus den USA und Großbritannien ist es jetzt mit einem neuen Verfahren erstmals gelungen, die Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre eines Braunen Zwergs zu bestimmen: Sie ist mit 2400 Kilometern pro Stunde deutlich höher als bei Gasplaneten wie Jupiter. Die Methode könnte sich künftig auch bei großen Planeten bei anderen Sternen anwenden lassen, betonen die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die globale Bewegung einer Planetenatmosphäre wird von zonalen Winden dominiert“, erläutern Katelyn Allers von der Bucknell University im US-amerikanischen Lewisburg und ihre Kollegen. Zonale Winde strömen je nach den auf einem Planeten herrschenden Bedingungen in östliche oder westliche Richtung. Ein gutes Beispiel ist der Gasplanet Jupiter in unserem Sonnensystem. Anhand der sichtbaren Wolkenstrukturen hatten Astronomen schon früh die Rotationsperiode des Planeten zu 9 Stunden 50,5 Minuten bestimmt.

Das starke Magnetfeld des Jupiter erzeugt andererseits ein Radiosignal, dass mit der Eigendrehung schwankt – allerdings mit einer etwas längeren Periode von 9 Stunden 55,5 Minuten. Die Erklärung der Planetenforscher für diese Differenz: Die Wolken bewegen sich durch einen zonalen Wind mit einer Geschwindigkeit von 380 Kilometern pro Sekunde zusätzlich zur Rotation, während das Magnetfeld an die Rotation des Planetenkörpers gebunden ist.

Allers und ihre Kollegen hatten nun die Idee, diesen Effekt auch bei Braunen Zwergen zu nutzen. Braune Zwerge besitzen die 13- bis 73-fache Masse des Jupiter – zu wenig zwar für die in Sternen üblichen Fusionsprozesse von Wasserstoff zu Helium, ausreichend aber für weniger effektive Fusionsprozesse wie etwa die Verschmelzung von Lithium und Wasserstoff zu Helium. Das Team hat zwei relativ nahe Braune Zwerge sowohl im Radiobereich als auch im infraroten Bereich beobachtet. Während beide Objekte rotationsbedingte Schwankungen der Radiostrahlung zeigten, fanden sich nur bei einem von ihnen, dem 34,6 Lichtjahre entfernten 2MASS J1047-21 auch Variationen im Infraroten.

Als Ursache diese Schwankungen der Infrarot-Helligkeit sehen Allers und ihre Kollegen wie bei Jupiter Strukturen in der Atmosphäre des Braunen Zwergs. Und tatsächlich weichen die per Radiostrahlung und per Infrarot-Strahlung ermittelten Rotationsperioden mit 1,77 Stunden und 1,74 Stunden signifikant voneinander ab. Daraus ergibt sich für die zonalen Strömungen in der Atmosphäre des Braunen Zwergs eine Windgeschwindigkeit von 2400 Kilometern pro Stunde.

Das ist in guter Übereinstimmung mit theoretischen Vorhersagen, nach denen bei Braunen Zwergen aufgrund der im Vergleich zu Gasriesen höheren Temperaturen auch höhere Windgeschwindigkeiten zu erwarten sind. „Unser Verfahren für die Bestimmung von Windgeschwindigkeiten lässt sich prinzipiell auch auf Exoplaneten anwenden“, sagen Allers und ihre Kollegen. Zumindest bei Gasriesen mit starken Magnetfeldern und schneller Rotation ähnlich dem Jupiter. Damit steht den Astronomen ein neues Werkzeug zur Verfügung, um Informationen über die Atmosphären von Exoplaneten zu erhalten.

 

Quelle: https://doi.org/10.1126/science.aaz2856

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