US-Forscher:innen haben mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) insgesamt drei freifliegende braune Zwerge entdeckt. Die auch als „gescheiterte Sterne“ bezeichneten braunen Zwerge sind die bisher masseärmsten bekannten Himmelsobjekte ihrer Art.

Der neue Rekordhalter verfügt lediglich über die drei- bis vierfache Masse von Jupiter, dem größten Planeten unseres Sonnensystems, wie es vonseiten des Forschungsteams um Kevin Luhman von der Pennsylvania State University heißt. Die anderen beiden Fast-Sterne sind bis zu achtmal so massereich wie Jupiter.

Ihre Oberflächentemperaturen bewegen sich zwischen 830 und 1.500 Grad Celsius. Zum Vergleich: Die Sonne ist rund 1.000 Mal so massereich wie Jupiter und auf der Oberfläche herrschen Temperaturen von 6.000 Grad – im Inneren wird es allerdings bis zu 15 Millionen Grad heiß.

Entdeckt wurden die braunen Zwerge in dem rund 1.000 Lichtjahre entfernten Sternen-Cluster IC 348 im Sternenbild Perseus. Bei der Entdeckung der „gescheiterten Sterne“ spielte den Forscher:innen in die Hände, dass das Cluster mit fünf Millionen Jahren vergleichsweise jung ist.

Die braunen Sterne strahlen entsprechend noch Wärme aus ihrer Entstehungszeit ab und sind deshalb gut im vom James Webb beobachteten Infrarotbereich zu erkennen. Die Forscher:innen gehen davon aus, dass sie bei längerer Beobachtung bestimmter Regionen noch masseärmere braune Zwerge finden könnten.

Allerdings werfen die vergleichsweise kleinen Objekte, die es anders als unsere Sonne nie zum Stern geschafft haben, Fragen auf. So ist es für die Forscher:innen derzeit nicht erklärbar, wie ein solch kleiner brauner Zwerg entstehen kann.

Denn eigentlich wäre die dafür notwendige Gas- und Staubwolke zu klein, um unter ihrer eigenen Schwerkraft zu kollabieren und einen braunen Zwerg zu bilden. Dass es sich bei den gefundenen Objekten um große Planeten handelt, schließen die Forscher:innen um Luhman derweil aus.

„Einen Riesenplaneten in einer Scheibe um einen Stern zu erschaffen, sei nach den aktuellen Modellen ziemlich einfach“, sagte Catarina Alves de Oliveira von der Esa, die federführend bei der Beobachtung der braunen Zwerge war. In dem untersuchten Cluster sei es aber unwahrscheinlich, dass sich die braunen Zwerge in einer Scheibe gebildet haben.

Das Ganze dürfte Alves de Oliveira zufolge stattdessen wie bei einem Stern vonstatten gegangen sein – und das, wo drei Jupitermassen rund 300 Mal geringer sind als die Masse unserer Sonne. „Wir müssen uns also fragen: Wie funktioniert der Entstehungsprozess von Sternen bei diesen sehr, sehr geringen Massen?“, so die Forscherin.

Von der künftigen Beobachtung solcher braunen Zwerge erhoffen sich die Forscher:innen zudem mehr Einblicke in die Entstehung von Exoplaneten. Schließlich sind braune Zwerge und Exoplaneten von der Masse her nicht so weit voneinander entfernt.

Als Unterschied gilt vor allem, dass die braunen Zwerge zwar nicht genug Masse haben, um in ihrem Inneren die Fusion von Wasserstoff zu Helium in Gang zu bringen, wie es anderen Sterne gelingt. Sie dürften aber heiß genug sein, um das Deuterium in ihrem Inneren zu fusionieren.

Diese braune Zwerge dürften so nicht existieren …

… zumindest entsprechend der bisher geltenden Definition. Laut der müsste ein brauner Zwerg mindestens 13 Mal mehr Masse als Jupiter haben. Die jetzt entdeckten braunen Zwerge dürfte es also eigentlich gar nicht geben.

Und noch eine Entdeckung fanden die Forscher:innen bemerkenswert: Bei zwei der untersuchten Himmelskörper fand sich die Signatur eines bisher nicht identifizierten Kohlenwasserstoffs, der sowohl Wasserstoff- als auch Kohlenstoffatome enthält. Diese Signatur wurde schon einmal in der Atmosphäre des Saturn und seines Mondes Titan gefunden.

Zum ersten Mal ist dieses Molekül jetzt aber außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt worden. Laut Modellen für die Atmosphäre brauner Zwerge dürfte es sich dort gar nicht befinden. Esa-Forscherin Alves de Oliveira dazu: „Wir betrachten Objekte, die jünger und masseärmer sind als je zuvor beobachtet, und sehen dabei etwas Neues und völlig Unerwartetes.“