Ilustración de una enana marrón. Crédito: NOIRLab
Utilizando datos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, los científicos han identificado tres de las enanas marrones que giran más rápido jamás encontradas. Más masivas que la mayoría de los planetas, pero no lo suficientemente pesadas como para prenderse fuego como las estrellas, las enanas marrones son intermediarias cósmicas. Y aunque no son tan conocidos por la mayoría de las personas como las estrellas y los planetas, se cree que en nuestra galaxia hay miles de millones en número.
En un estudio que aparece en Diario astronómicoEl equipo que tomó las nuevas mediciones de velocidad dijo que los tres rotadores de alta velocidad pueden estar acercándose al límite de velocidad de giro para todas las enanas marrones, más allá del cual se desintegrarán. Las enanas marrones de rotación rápida tienen aproximadamente el mismo diámetro que Júpiter, pero de 40 a 70 veces más masivas. Cada una gira una vez por hora, mientras que la siguiente enana marrón conocida más rápida gira una vez cada 1,4 horas y Júpiter gira una vez cada 10 horas. Dado su tamaño, esto significa que la más grande de las tres enanas marrones vuela a más de 60 millas por segundo (100 kilómetros por segundo) o alrededor de 220.000 millas por hora (360.000 kilómetros por hora).
Las mediciones de velocidad se realizaron utilizando datos de Spitzer, que la NASA retiró en enero de 2020 (las enanas marrones fueron descubiertas por el Two Micron All Sky Survey, o 2MASS, que continuó hasta 2001). Luego, el equipo confirmó sus notables hallazgos. a través de observaciones con los telescopios terrestres Gemini North y Magellan.
Las enanas marrones, como las estrellas o los planetas, ya giran a medida que se forman. A medida que se enfrían y se contraen, giran más rápido, al igual que un patinador que gira empuja sus brazos hacia su cuerpo. Los científicos midieron la velocidad de giro de unas 80 enanas marrones, y oscilan entre menos de dos horas (incluidas tres nuevas entradas) y decenas de horas.
Con tanta variedad en la velocidad de las enanas marrones ya medida, sorprendió a los autores de un nuevo estudio que las tres enanas marrones más rápidas jamás encontradas tuvieran casi la misma velocidad de giro (aproximadamente una revolución completa por hora) que cualquier otra. Esto no se puede atribuir a las enanas marrones que se forman juntas o en la misma etapa de desarrollo, ya que son físicamente diferentes: una es una enana marrón cálida, una es fría y la otra cae entre ellas. A medida que las enanas marrones se enfrían con la edad, las diferencias de temperatura sugieren que estas enanas marrones tienen diferentes edades.
Los autores no atribuyen esto al azar. Creen que todos los miembros del trío rápido han alcanzado el límite de RPM más allá del cual la enana marrón podría romperse.
Todos los objetos giratorios generan una fuerza centrípeta que aumenta a medida que el objeto gira más rápido. Durante un paseo de carnaval, esta fuerza puede amenazar con tirar a los pasajeros de sus asientos; en estrellas y planetas, puede destrozar un objeto. Antes de que un objeto giratorio se desintegre, a menudo comienza a abultarse alrededor de su vientre, deformándose bajo presión. Los científicos llaman a esta víctima. Saturno, que gira cada 10 horas, como Júpiter, tiene un achatado palpable. Según las características conocidas de las enanas marrones, probablemente tengan un grado similar de oblación, según los autores.
Alcanzando el límite de velocidad
Dado que las enanas marrones tienden a acelerarse con la edad, ¿estos objetos exceden regularmente su límite de velocidad de giro y se rompen en pedazos? En otros objetos espaciales giratorios, como las estrellas, existen mecanismos de frenado naturales que evitan que sean destruidos. Todavía no está claro si existen mecanismos similares en las enanas marrones.
“Sería bastante espectacular si una enana marrón girara tan rápido que expulsara su atmósfera al espacio”, dijo la Dra. Megan Tannock. candidato de la Western University en London, Ontario, y autor principal del nuevo estudio. “Pero hasta ahora no hemos encontrado nada parecido. Creo que esto tiene que significar que algo está ralentizando a las enanas marrones antes de que alcancen este nivel extremo, o que no pueden levantarse tan rápido. nuestro artículo incluye algún tipo de limitación de tarifas, pero aún no estamos seguros de por qué “.
La velocidad máxima de giro de cualquier objeto está determinada no solo por su masa total, sino también por la distribución de esta masa. Por lo tanto, cuando se trata de velocidades de giro muy rápidas, comprender la estructura interna de una estrella enana marrón se vuelve más importante: es probable que el material en el interior se desplace y se deforme de una manera que pueda alterar la velocidad de rotación del objeto. Al igual que los planetas gaseosos como Júpiter y Saturno, las enanas marrones están compuestas principalmente de hidrógeno y helio.
Las enanas marrones son más masivas que la mayoría de los planetas, pero no tan masivas como las estrellas. En general, tienen entre 13 y 80 masas de Júpiter. Una enana marrón se convierte en estrella si la presión de su núcleo aumenta lo suficiente como para iniciar la fusión nuclear. Fuente: NASA / JPL-Caltech
Pero también son mucho más densos que la mayoría de los planetas gigantes. Los científicos creen que el hidrógeno en el núcleo de la enana marrón está bajo una presión tan tremenda que comienza a comportarse como un metal en lugar de un gas inerte: tiene electrones conductores que flotan libremente, como un conductor de cobre. Esto altera la forma en que se conduce el calor a través del interior y, en una rotación muy rápida, también puede afectar la distribución de masa dentro del objeto astronómico.
“Este estado del hidrógeno o de cualquier gas bajo una presión tan extrema sigue siendo muy desconcertante”, dijo Stanimir Metchev, coautor del artículo y presidente de Canadá de investigación en planetas extrasolares en el Instituto de Exploración de la Tierra y el Espacio de la Western University. “Es extremadamente difícil recrear este estado de la materia incluso en los laboratorios de física de alta presión más avanzados”.
Los físicos utilizan observaciones, datos de laboratorio y matemáticas para crear modelos de cómo debería verse y comportarse el interior de las enanas marrones, incluso en condiciones extremas. Sin embargo, los modelos actuales muestran que la velocidad máxima de giro de las enanas marrones debería ser entre un 50% y un 80% más rápida que el período de rotación de una hora descrito en el nuevo estudio.
“Es posible que estas teorías aún no obtengan el panorama completo”, dijo Metchev. “Puede haber algún factor subestimado que impida que la enana marrón gire más rápido”. Las observaciones adicionales y el trabajo teórico aún pueden revelar si existe algún mecanismo de frenado que evite que las enanas marrones se autodestruyan, y si las enanas marrones giran aún más rápido en la oscuridad.
Los resultados del equipo aparecerán en el próximo número. El diario astronómico.