V Menschen und Ereignisse - Max-Planck-Institut für Astronomie

48 III. Wissenschaftliche Arbeiten
M J [mag]
10
12
14
16
18
L0 T0 T9
Spektraltyp
Abb. III.1.8: Absolute J-Band-Helligkeit (M J ) als Funktion der
Spektralklasse. Absolute Helligkeiten wurden mit Hilfe von
Parallaxenmessungen des US Naval Observatory aus scheinbaren
Helligkeiten abgeleitet. Verfolgt man die Spektralsequenz
nach unten, sieht man, dass die J-Band-Helligkeit ansteigt,
wenn man von den späten L- zu den frühen oder mittleren T-
Typen übergeht. Dies hängt vermutlich mit der Auflösung von
Staubwolken bei diesen geringen Temperaturen zusammen.
Die Veränderung der Wolken wird überwacht
Obwohl wir die Oberfläche eines Braunen Zwergs
(noch) nicht auflösen können, könnten wir derartige ungleichmäßige
Gebilde anhand von Veränderungen des
Gesamtlichts nachweisen, das der Braune Zwerg in unsere
Richtung ausstrahlt. Staub ist eine starke Opazitätsquelle
und verändert deutlich das emittierte Spektrum. Während
der Braune Zwerg rotiert, könnte sich die Gesamtmenge
des Staubs auf der sichtbaren Hemisphäre ändern, sodass
sich auch die vom Braunen Zwerg in unsere Richtung ausgesandte
gesamte Lichtmenge entsprechend ändert. Mit
anderen Worten, wir würden in jenen Teilen des Spektrums,
die vom Staub beeinflusst werden, eine periodische
Helligkeitsänderung des Braunen Zwergs beobachten.
Dies veranlasste Coryn Bailer-Jones zusammen mit
Reinhard Mundt (ebenfalls MPIA), eine Reihe Brauner
Zwerge in roten und infraroten Filtern zu überwachen,
um nach Helligkeitsvariationen zu suchen. Bei einer
anfänglichen Stichprobe von 20 Objekten stellten wir
fest, dass die Hälfte tatsächlich statistisch signifikante
photometrische Schwankungen zeigt, allerdings mit
sehr geringen Amplituden zwischen 0.5 und 8 % (Abb.
III.1.9). Einige dieser Schwankungen waren periodisch,
mit Perioden von wenigen Stunden. Doch in einigen
Fällen waren sie nichtperiodisch. Dies war merkwürdig.
Dm (offset um +0.1 für ref) [mag]
0.2
0.1
0
Konnte es sein, dass diese Braunen Zwerge sehr langsam
rotierten, sodass unsere begrenzte Beobachtungsdauer
noch nicht einmal eine einzige Rotationsperiode überdeckt
hatte? Um dies zu überprüfen, maßen wir mit Hilfe
des hochauflösenden Spektrographen UVES am VLT die
Rotationsgeschwindigkeiten einiger Brauner Zwerge.
Rotation verbreitert die Spektrallinien. Durch eine sorgfältige
Messung der Linienbreite kann man somit die
Rotationsgeschwindigkeit messen. (Tatsächlich liefern
die Beobachtungen wegen der unbekannten Neigung der
Rotationsachse nur eine untere Grenze für die Rotations-
geschwindigkeit. Doch mit Hilfe einfacher statistischer
Überlegungen kann man die wahrscheinlichste Rotations-
geschwindigkeit abschätzen und auch die maximale
Rotationsgeschwindigkeit einschränken.) Die Beobach-
tungen zeigten, dass unsere Braunen Zwerge sehr rasch
rotieren, d.h. unsere Überwachung hätte eine Periodizität
in den Helligkeitsschwankungen entdecken müssen.
Immerhin hatten wir eine deutliche Variabilität beobachtet.
Warum also keine Periode? Die wahrscheinlichste
Erklärung ist, dass die Schwankung nichtperiodisch ist.
Das bedeutet, dass die Gebilde auf der Oberfläche des
Braunen Zwergs zeitlich nicht stabil sind, genauer, sie
sind weniger als eine Rotationsperiode lang stabil. Wir
ref
ref
2M1334
1602 1603 1604 1605 1606 1607
JD – 2450000 [d]
Abb. III.1.9: Die blauen Punkte zeigen die Helligkeitsschwankungen
des L1.5-Zwergs 2M1334+19 im I-Band. Die roten
Punkte zeigen Schwankungen von gleichzeitig im selben Feld
beobachteten Vergleichssternen. Ihre Lichtkurven sind um 0.1
bzw. 0.2 mag verschoben worden. Man beachte, dass dies relative
Schwankungen sind, d.h. Schwankungen relativ zu einer
Gruppe nichtveränderlicher Sterne. Auf diese Weise werden
unechte, von der Erdatmosphäre verursachte Schwankungen
beseitigt. Für alle Punkte sind Fehlerbalken (geschätzte Unsicherheiten)
eingezeichnet. (Der untere Vergleichsstern ist heller
als der L-Zwerg, hat also kleinere Fehlerbalken; der obere Vergleichsstern
hat eine ähnlich Helligkeit wie der L-Zwerg.) Man
erkennt beim L-Zwerg größere Amplitudenschwankungen als
bei den beiden (oder irgendwelchen anderen) Vergleichssternen,
was darauf hindeutet, dass die Schwankungen vom L-Zwerg
selbst herrühren. Statistische Tests bestätigen dies.