Brauner Zwerg: Polarlichter auf einem kuriosen Himmelskörper

Polarlichter gibt es nicht nur auf der Erde: Bei den meisten Planeten und vielen Monden im Sonnensystem konnten Astronomen das Phänomen bereits nachweisen. Jetzt berichtet ein internationales Forschungsteam von der Entdeckung ganz ähnlicher Leuchterscheinungen auf dem 20 Lichtjahre entfernten Braunen Zwerg SIMP-0136. Die Polarlichter erhitzen die obere Atmosphäre des Himmelsobjekts um 250 Grad, wie die Wissenschaftler im Fachblatt «Astronomy & Astrophysics» berichten.

«Wir haben die bislang genauesten Messungen der Atmosphäre eines Objekts außerhalb unseres Sonnensystems durchgeführt», erläutert Evert Nasedkin vom Trinity College Dublin in Irland die Beobachtungen des Teams. Das große Weltraumteleskop James Webb erlaube es, so der Forscher, über diese Entfernungen hinweg noch Temperaturänderungen von fünf Grad nachzuweisen. SIMP-0136 dreht sich alle 2,4 Stunden einmal um sich selbst – und bei dieser Rotation ändern sich seine Helligkeit und auch seine Temperatur.

SIMP-0136 ist ein Brauner Zwerg, ein Himmelsobjekt zwischen Planet und Stern. Während Planeten leuchten, weil sie das Licht ihres Zentralsterns reflektieren, erzeugen Sterne wie unsere Sonne Licht und Wärme durch Kernfusion, also durch die Verschmelzung von Wasserstoff zu Helium.

Energie wird durch Polarlichter zugeführt

Im Bereich zwischen der 12- und der 75-fachen Masse des Planeten Jupiter liegen die «verhinderten Sterne», wie Braune Zwerge oft bezeichnet werden. Druck und Temperatur in ihrem Inneren reichen nicht für die normale Wasserstoff-Fusion aus. Lediglich der seltenere «schwere Wasserstoff» Deuterium kann zu Helium verschmelzen und für ein wenig Wärme sorgen.

Braune Zwerge sind deshalb an ihrer Oberfläche durchaus warm, etwa 1.500 Grad Celsius im Fall von SIMP-0136. Überraschend für die Forscher war dabei die Entdeckung, dass die Temperatur in der Hochatmosphäre noch einmal um 250 Grad ansteigt. Es müsse also, so folgern Nasedkin und seine Kollegen, der Atmosphäre von außen Energie zugeführt werden – und zwar durch Polarlichter. Polarlichter entstehen, wenn elektrisch geladene Teilchen – Elektronen und Atomkerne – entlang des Magnetfelds eines Himmelsobjekts in dessen Atmosphäre eindringen.

Kleinstes Himmelsobjekt mit Polarlichtern jenseits des Sonnensystems

Während diese geladenen Teilchen bei irdischen Polarlichtern von der Sonne stammen, handelt es sich im Fall von SIMP-0136 um Elektronen und Atomkerne aus dem interstellaren Raum, also dem Weltall zwischen den Sternen. Denn der Braune Zwerg ist ein Einzelgänger, der allein seine Bahn zieht und keinen gewöhnlichen Stern umkreist. Astronomen hatten zuvor bereits bei zwei anderen Braunen Zwergen Polarlichter nachgewiesen, aber diese besitzen eine deutlich größere Masse als SIMP-0136.

Mit gerade einmal 15 Jupitermassen ist SIMP-0136 jenseits unseres Sonnensystems das kleinste bekannte Himmelsobjekt mit Polarlichtern – und das macht den Braunen Zwerg für Astronomen umso interessanter. Er liegt nahe an der Massengrenze von 12 Jupitermassen zu Planeten, sei also «ein ideales Analogon für direkt beobachtbare Planeten bei anderen Sternen», betonen Nasedkin und seine Kollegen, etwa für die Erforschung ihrer Atmosphären.

So dachten Himmelsforscher bislang, die entscheidende Rolle für Temperaturänderungen der Atmosphäre spiele die Bewölkung. SIMP-0136 zeige jetzt jedoch, dass Polarlichter einen bislang unterschätzten Einfluss auf die Temperatur haben können.