Usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons de giro mais rápido já encontradas.
Mais massivas que a maioria dos planetas, mas não pesadas o suficiente para se inflamar como estrelas, as anãs marrons são cósmicas intermediárias. E embora eles não sejam tão conhecidos como estrelas e planetas para a maioria das pessoas, acredita-se que eles cheguem a bilhões em nossa galáxia.
Em um estudo publicado no Astronomical Journal, a equipe que fez as novas medições de velocidade argumenta que esses três rotadores rápidos podem estar se aproximando de um limite de velocidade de giro para todas as anãs marrons, além do qual eles se separariam. As anãs marrons em rápida rotação têm quase o mesmo diâmetro de Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada uma delas gira cerca de uma vez por hora, enquanto as próximas anãs marrons mais rápidas conhecidas giram cerca de uma vez a cada 1,4 horas e Júpiter gira uma vez a cada 10 horas. Com base em seu tamanho, isso significa que a maior das três anãs marrons gira a mais de 60 milhas por segundo (100 quilômetros por segundo), ou cerca de 220.000 milhas por hora (360.000 quilômetros por hora).
As medições de velocidade foram feitas usando dados do Spitzer, que a NASA aposentou em janeiro de 2020. (As anãs marrons foram descobertas pelo Two Micron All Sky Survey, ou 2MASS, que funcionou até 2001). A equipe então corroborou suas descobertas incomuns. através de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.
Anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. Conforme eles esfriam e se contraem, eles giram mais rápido, assim como quando uma patinadora no gelo puxa seus braços em seu corpo. Os cientistas mediram as taxas de rotação de cerca de 80 anãs marrons, e elas variam de menos de duas horas (incluindo as três novas entradas) a dezenas de horas.
Com tanta variedade entre as velocidades das anãs marrons já medidas, surpreendeu os autores do novo estudo que as três anãs marrons mais rápidas já encontradas têm quase a mesma taxa de rotação exata (cerca de uma rotação completa por hora) que as outras. Isso não pode ser atribuído às anãs marrons terem se formado juntas ou estar no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã marrom quente, uma é fria e a outra cai entre elas. Como as anãs marrons esfriam à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que essas anãs marrons têm idades diferentes.
Os autores não estão classificando isso como uma coincidência. Eles acham que os membros do trio veloz atingiram o limite de velocidade de giro, além do qual uma anã marrom pode se separar.
Todos os objetos em rotação geram força centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o objeto gira. Em um passeio de carnaval, essa força pode ameaçar jogar os pilotos de seus assentos; em estrelas e planetas, pode separar o objeto. Antes de um objeto giratório se quebrar, ele geralmente começa a se projetar em torno de sua seção média à medida que se deforma sob a pressão. Os cientistas chamam isso de oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação perceptível. Com base nas características conhecidas das anãs marrons, elas provavelmente têm graus semelhantes de oblação, de acordo com os autores do artigo.
Atingindo o limite de velocidade
Considerando que as anãs marrons tendem a acelerar à medida que envelhecem, esses objetos estão regularmente excedendo seu limite de velocidade de giro e sendo dilacerados? Em outros objetos cósmicos giratórios, como estrelas, existem mecanismos naturais de frenagem que os impedem de se destruírem. Ainda não está claro se mecanismos semelhantes existem nas anãs marrons.
“Seria espetacular encontrar uma anã marrom girando tão rápido que está jogando sua atmosfera no espaço”, disse Megan Tannock, uma Ph.D. candidato na Western University em London, Ontário. “Mas, até agora, não encontramos tal coisa. Acho que deve significar que algo está retardando as anãs marrons antes de chegarem a esse extremo ou que elas não podem chegar tão rápido em primeiro lugar. O resultado de nosso artigo apóia algum tipo de limite na taxa de rotação, mas não temos certeza do motivo ainda. ”
A taxa de rotação máxima de qualquer objeto é determinada não apenas por sua massa total, mas também por como essa massa é distribuída. É por isso que, quando taxas de giro muito rápidas estão envolvidas, entender a estrutura interna de uma anã marrom torna-se cada vez mais importante: o material dentro provavelmente muda e deforma de maneiras que podem mudar a velocidade com que o objeto pode girar. Semelhante a planetas gasosos como Júpiter e Saturno, as anãs marrons são compostas principalmente de hidrogênio e hélio.
Mas eles também são significativamente mais densos do que a maioria dos planetas gigantes. Os cientistas acham que o hidrogênio no núcleo de uma anã marrom está sob pressões tão tremendas que começa a se comportar como um metal em vez de um gás inerte: tem elétrons condutores flutuantes, muito parecidos com um condutor de cobre. Isso muda a forma como o calor é conduzido pelo interior e com taxas de rotação muito rápidas, também pode afetar a forma como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída.
“Este estado do hidrogênio, ou qualquer gás sob pressão extrema, ainda é muito enigmático”, disse Stanimir Metchev, co-autor do artigo e presidente do Canadá Pesquisa em Planetas Extrasolares do Instituto de Exploração da Terra e do Espaço da Western University. “É extremamente desafiador reproduzir este estado da matéria mesmo nos laboratórios de física de alta pressão mais avançados.”
Os físicos usam observações, dados de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem se comportar, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação da anã marrom deve ser cerca de 50% a 80% mais rápida do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.
“É possível que essas teorias ainda não tenham o quadro completo”, disse Metchev. “Algum fator não apreciado pode estar entrando em jogo que não permite que a anã marrom gire mais rápido.” Observações adicionais e trabalho teórico podem ainda revelar se há algum mecanismo de freio que impeça as anãs marrons de se autodestruir e se há anãs marrons girando ainda mais rápido na escuridão.
O Jet Propulsion Laboratory da NASA, uma divisão da Caltech, gerenciava as operações da missão Spitzer para o Science Mission Directorate da NASA em Washington. As operações científicas foram conduzidas no Spitzer Science Center no IPAC em Caltech. As operações da espaçonave foram baseadas no Lockheed Martin Space em Littleton, Colorado. O arquivo de dados do Spitzer está alojado no Infrared Science Archive no IPAC at Caltech em Pasadena, Califórnia. O Observatório Gemini internacional é um programa do NOIRLab da National Science Foundation.
Publicado em 09/04/2021 13h17
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