Alter Brauner Zwerg mit intakten Lithiumvorkommen entdeckt

Das ist ja mal eine Nachricht, die unsere Batterie-Industrie jubilieren lässt. Ein Forscherteam des Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) und des Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), Mexiko, hat Lithium im ältesten und kältesten Braunen Zwerg entdeckt, in dem das Vorhandensein dieses wertvollen Elements bisher bestätigt wurde. Der Haken für unsere Akku-Herstellung: Es dürfte schwierig werden, an die Lithium-Vorräte dieses Sterns heran zu kommen.


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Das substellare Objekt mit der Bezeichnung Reid 1B beherbergt das älteste bekannte Lithiumvorkommen in unserer kosmischen Nachbarschaft, das auf eine Zeit vor der Bildung des Doppelsternsystems, zu dem es gehört, zurückgeht. Die Entdeckung wurde mit dem OSIRIS-Spektrographen auf dem Gran Telescopio Canarias (GTC) des Observatoriums Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma) auf den Kanarischen Inseln gemacht. Die Studie wurde soeben in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.


Vergleich zwischen verschiedenen Objekten, die den unterschiedlichen Grad der Erhaltung und Zerstörung von Lithium zeigen. Credit: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)
Das spanisch-mexikanische Team hat herausgefunden, dass die Grenze zwischen jenen Objekten, die Lithium zerstören, und jenen, die es erhalten, bei der 51,5-fachen Masse des Jupiters liegt. Der braune Zwerg Reid 1B ist ein großer Lithium-Speicher, der niemals zerstört wird. Planeten wie der Jupiter und die Erde sind noch weniger massiv und zerstören ihr Lithium nicht. Die Sonne hat ihr gesamtes Lithium, das sich in ihrem Kern befand, zerstört und bewahrt einen Teil davon in ihren oberen Schichten, die sich langsam mit ihrem Inneren vermischen. Kredit: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)

Braune Zwerge = gescheiterte Sterne

Braune Zwerge, auch bekannt als "gescheiterte Sterne", sind das natürliche Bindeglied zwischen Sternen und Planeten. Sie sind massereicher als der Jupiter, aber nicht mehr in der Lage, Wasserstoff zu verbrennen, um zu leuchten. Aus diesem Grund wurden diese substellaren Objekte nicht beobachtet, bis Beobachter sie Mitte der 1990er Jahre entdeckten. Sie sind besonders interessant, weil vorausgesagt wurde, dass einige von ihnen ihren Gehalt an Lithium, das wegen seiner Seltenheit und seiner Bedeutung auch als "weißes Erdöl" bezeichnet wird, intakt erhalten könnten.

In den letzten zwanzig Jahren haben die Astronomen Doppelsterne, die sich aus Braunen Zwergen in der Nachbarschaft der Sonne gebildet haben, aufgespürt und ihre Bahnbewegungen verfolgt. Jahrhundert von Johannes Kepler aufgestellten mathematischen Formeln zur Beschreibung der Bewegungen von astronomischen Körpern, die sich unter dem Einfluss ihrer gegenseitigen Gravitation bewegen, wie z. B. das von der Erde und der Sonne gebildete System. In einigen dieser Systeme hat die primäre Komponente eine ausreichende Masse, um Lithium zu verbrennen, während die sekundäre Komponente diese Masse möglicherweise nicht hat. Bislang wurden die theoretischen Modelle jedoch noch nicht auf die Probe gestellt.

Mit Hilfe des OSIRIS-Spektrographen am Gran Telescopio Canarias (GTC oder Grantecan), dem derzeit größten optischen und Infrarot-Teleskop der Welt, am Observatorium Roque de los Muchachos (ORM), hat ein Team von Forschern des Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) und des Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) zwischen Februar und August dieses Jahres hochempfindliche spektroskopische Beobachtungen von zwei Doppelsternen durchgeführt, deren Komponenten braune Zwerge sind.

In drei von ihnen konnten sie kein Lithium nachweisen, wohl aber in Reid 1B, dem schwächsten und kältesten der vier Zwerge. Dabei machten sie eine bemerkenswerte Entdeckung: eine nicht zerstörte kosmische Lithiumablagerung, deren Ursprung vor der Entstehung des Systems liegt, zu dem Reid 1B gehört. Es ist in der Tat das kälteste und schwächste extrasolare Objekt, in dem Lithium gefunden wurde, und zwar in einer Menge, die 13.000 Mal größer ist als die auf der Erde vorhandene Lithium-Menge. Dieses Objekt mit einem Alter von 1.100 Millionen Jahren und einer dynamischen Masse, die 41 Mal größer ist als die des Jupiters (des größten Planeten im Sonnensystem), ist 16,9 Lichtjahre von uns entfernt.

Eine Truhe mit verborgenen Schätzen

Die Beobachtung von Lithium in Braunen Zwergen ermöglicht es uns, ihre Massen auf der Grundlage von Kernreaktionen mit einem gewissen Grad an Genauigkeit zu schätzen. Die auf diese Weise ermittelten thermonuklearen Massen müssen mit den dynamischen Massen übereinstimmen, die mit geringerer Unsicherheit aus der Orbitalanalyse ermittelt wurden. Die Forscher haben jedoch festgestellt, dass das Lithium bis zu einer dynamischen Masse erhalten bleibt, die 10 % unter der von den neuesten theoretischen Modellen vorhergesagten liegt. Diese Diskrepanz scheint erheblich zu sein und deutet darauf hin, dass es etwas im Verhalten der Braunen Zwerge gibt, das wir noch nicht verstehen.

"Wir haben die Spur des Lithiums in Braunen Zwergen drei Jahrzehnte lang verfolgt", sagt Eduardo Lorenzo Martín Guerrero de Escalante, Forschungsprofessor des Höheren Rates für Wissenschaftliche Forschung (CSIC) am IAC und Erstautor des Artikels, "und endlich konnten wir die Massengrenze zwischen seiner Erhaltung und seiner Zerstörung genau bestimmen und mit den theoretischen Vorhersagen vergleichen". Der Forscher fügt hinzu, dass "es in der Milchstraße Tausende von Millionen von Braunen Zwergen gibt. Das in Braunen Zwergen enthaltene Lithium ist das größte bekannte Vorkommen dieses wertvollen Elements in unserer kosmischen Nachbarschaft".


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Carlos del Burgo Díaz, Mitverfasser des Artikels und Forscher am INAOE, einem öffentlichen Forschungszentrum des mexikanischen CONACYT, erklärt, dass "obwohl das ursprüngliche Lithium vor 13.800 Millionen Jahren zusammen mit Wasserstoff und Helium als Ergebnis der Kernreaktionen im ursprünglichen Feuerball des Urknalls entstanden ist, gibt es heute viermal mehr Lithium im Universum". Dem Forscher zufolge "kann dieses Element zwar zerstört werden, aber es entsteht auch bei explosiven Ereignissen wie Novae und Supernovae, so dass es von braunen Zwergen wie Reid 1B wie ein verborgener Schatz gehütet wird".

Artikel: "New constraints on the minimum mass for thermonuclear lithium burning in brown dwarfs", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; Martín, Eduardo L.; Lodieu, Nicolas; del Burgo, Carlos; octubre de 2021.

DOI: 10.1093/mnras/stab2969
arXiv: arXiv:2110.11982
Bibcode: 2021MNRAS.tmp.2787M


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