Der kleinste bekannte Hauptreihenstern in der Milchstraßengalaxie ist ein echter Zwerg
Er heißt EBLM J0555-57Ab, ein roter Zwerg in 600 Lichtjahren Entfernung. Mit einem mittleren Radius von rund 59.000 Kilometern ist er nur ein klein wenig größer als der Saturn. Damit ist er der kleinste bekannte Stern, der in seinem Kern Wasserstofffusion betreibt, den Prozess, der Sterne brennen lässt, bis ihnen der Brennstoff ausgeht.
In unserem Sonnensystem gibt es zwei Objekte, die größer sind als dieser winzige Stern. Das eine ist natürlich die Sonne. Das andere ist Jupiter, eine riesige Eiskugel mit einem mittleren Radius von 69.911 Kilometern.
Warum ist Jupiter also ein Planet und kein Stern?
Die kurze Antwort ist einfach: Jupiter hat nicht genug Masse, um Wasserstoff zu Helium zu fusionieren. EBLM J0555-57Ab hat etwa die 85-fache Masse des Jupiters und ist damit so leicht, wie ein Stern sein kann – wäre er noch kleiner, könnte er auch keinen Wasserstoff fusionieren. Aber wenn unser Sonnensystem anders gewesen wäre, hätte sich Jupiter dann in einen Stern verwandeln können?
Jupiter und die Sonne sind sich ähnlicher als man denkt
Der Gasriese ist zwar kein Stern, aber Jupiter ist trotzdem eine große Sache. Seine Masse ist 2,5 Mal so groß wie die aller anderen Planeten zusammen. Da er ein Gasriese ist, hat er nur eine sehr geringe Dichte: etwa 1,33 Gramm pro Kubikzentimeter; die Dichte der Erde ist mit 5,51 Gramm pro Kubikzentimeter etwas mehr als viermal so hoch wie die des Jupiter.
Interessant sind aber die Ähnlichkeiten zwischen Jupiter und der Sonne. Die Dichte der Sonne beträgt 1,41 Gramm pro Kubikzentimeter. Und die beiden Objekte sind sich auch in ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich. Die Sonne besteht zu 71 Prozent aus Wasserstoff und zu 27 Prozent aus Helium, der Rest setzt sich aus Spuren anderer Elemente zusammen. Jupiter besteht zu 73 Prozent aus Wasserstoff und zu 24 Prozent aus Helium.
Aus diesem Grund wird Jupiter manchmal als gescheiterter Stern bezeichnet.
Aber es ist immer noch unwahrscheinlich, dass Jupiter, wenn er dem Sonnensystem überlassen wird, auch nur annähernd ein Stern werden würde.
Sterne und Planeten werden durch zwei sehr unterschiedliche Mechanismen geboren. Sterne entstehen, wenn ein dichter Materialknoten in einer interstellaren Molekülwolke unter seiner eigenen Schwerkraft kollabiert – puff! flomph! – und sich dabei in einem Prozess dreht, der Wolkenkollaps genannt wird. Während er sich dreht, wird mehr Material aus der Wolke um ihn herum zu einer stellaren Akkretionsscheibe aufgespult.
Wenn die Masse – und damit die Schwerkraft – wächst, wird der Kern des Baby-Sterns immer enger zusammengedrückt, wodurch er immer heißer wird. Schließlich wird er so stark komprimiert und heiß, dass sich der Kern entzündet und die thermonukleare Fusion einsetzt.
Nach unserem Verständnis der Sternentstehung bleibt, sobald der Stern die Akkretion von Material beendet hat, eine ganze Menge Akkretionsscheibe übrig. Daraus bestehen die Planeten.
Astronomen gehen davon aus, dass dieser Prozess (die so genannte Kieselakkretion) bei Gasriesen wie dem Jupiter mit winzigen Brocken aus Eisgestein und Staub in der Scheibe beginnt. Während sie den Baby-Stern umkreisen, beginnen diese Materialbrocken zu kollidieren, wobei sie durch statische Elektrizität zusammenkleben. Schließlich erreichen diese wachsenden Klumpen eine ausreichende Größe – etwa 10 Erdmassen -, so dass sie durch ihre Schwerkraft immer mehr Gas aus der umgebenden Scheibe anziehen können.
Ab diesem Punkt wuchs Jupiter allmählich auf seine heutige Masse an – etwa das 318-fache der Masse der Erde und das 0,001-fache der Masse der Sonne. Als er alles verfügbare Material aufgesaugt hatte – weit entfernt von der für die Wasserstofffusion erforderlichen Masse – hörte er auf zu wachsen.
Der Jupiter war also nie auch nur annähernd massiv genug, um ein Stern zu werden. Jupiter hat eine ähnliche Zusammensetzung wie die Sonne, nicht weil er ein „gescheiterter Stern“ war, sondern weil er aus der gleichen Wolke molekularen Gases entstanden ist, aus der auch die Sonne entstanden ist.
Die echten gescheiterten Sterne
Es gibt eine andere Klasse von Objekten, die als „gescheiterte Sterne“ betrachtet werden können. Das sind die braunen Zwerge, die die Lücke zwischen Gasriesen und Sternen füllen.
Bei einer Masse von mehr als dem 13-fachen des Jupiters sind diese Objekte massiv genug, um eine Kernfusion zu ermöglichen – nicht aus normalem Wasserstoff, sondern aus Deuterium. Deuterium ist ein Isotop des Wasserstoffs mit einem Proton und einem Neutron im Kern statt nur einem Proton. Seine Fusionstemperatur und sein Druck sind niedriger als die von Wasserstoff.
Da die Deuteriumfusion bei einer geringeren Masse, einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck stattfindet, ist sie für Sterne ein Zwischenschritt auf dem Weg zur Wasserstofffusion, während sie weiter an Masse zunehmen. Einige Objekte erreichen diese Masse jedoch nie; diese sind als Braune Zwerge bekannt.
Nach ihrer Bestätigung im Jahr 1995 war eine Zeit lang nicht klar, ob es sich bei Braunen Zwergen um unterdurchschnittliche Sterne oder überambitionierte Planeten handelt; mehrere Studien haben jedoch gezeigt, dass sie sich genau wie Sterne bilden, und zwar durch Wolkenkollaps und nicht durch Kernakkretion. Und einige Braune Zwerge liegen sogar unterhalb der Masse für das Deuteriumbrennen und sind von Planeten nicht zu unterscheiden.
Jupiter liegt genau an der unteren Massengrenze für den Wolkenkollaps; die kleinste Masse eines Wolkenkollapsobjekts wurde auf etwa eine Jupitermasse geschätzt. Wenn Jupiter also aus einem Wolkenkollaps entstanden wäre, könnte er als gescheiterter Stern betrachtet werden.
Die Daten der Juno-Sonde der NASA deuten jedoch darauf hin, dass Jupiter zumindest früher einmal einen festen Kern hatte – und das stimmt eher mit der Methode der Kernbildung durch Akkretion überein.
Modellierungen legen nahe, dass die Obergrenze für die Masse eines Planeten, der sich durch Kernakkretion bildet, weniger als das Zehnfache der Jupitermasse beträgt – nur ein paar Jupitermassen vor der Deuteriumfusion.
Jupiter ist also kein gescheiterter Stern. Aber wenn wir darüber nachdenken, warum er keiner ist, können wir besser verstehen, wie der Kosmos funktioniert. Außerdem ist der Jupiter selbst ein gestreiftes, stürmisches, wirbelndes Karamellwunder. Und ohne ihn hätten wir Menschen vielleicht gar nicht existieren können.
Das ist jedoch eine andere Geschichte, die ein anderes Mal erzählt werden soll.