Fanget for fart:At se de hurtigst snurrende brune dværge

Ved hjælp af data fra NASAs Spitzer Space Telescope, Forskere har identificeret de tre hurtigst snurrende brune dværge, der nogensinde er fundet. Mere massiv end de fleste planeter, men ikke helt tung nok til at antænde som stjerner, brune dværge er kosmiske mellemting. Og selvom de ikke er så kendte som stjerner og planeter for de fleste mennesker, de menes at tælle i milliarder i vores galakse.

I en undersøgelse, der vises i Astronomisk Tidsskrift , holdet, der lavede de nye hastighedsmålinger, hævder, at disse tre hurtige rotatorer kunne nærme sig en spinhastighedsgrænse for alle brune dværge, hvorefter de ville bryde fra hinanden. De hurtigt roterende brune dværge har alle omtrent samme diameter som Jupiter, men mellem 40 og 70 gange mere massive. De roterer hver især en gang i timen, mens de næsthurtigste kendte brune dværge roterer cirka en gang hver 1,4 time, og Jupiter snurrer en gang hver 10. time. Baseret på deres størrelse, det betyder, at den største af de tre brune dværge pisker rundt med mere end 60 miles i sekundet (100 kilometer i sekundet), eller omkring 220, 000 miles i timen (360, 000 kilometer i timen).

Hastighedsmålingerne blev foretaget ved hjælp af data fra Spitzer, som NASA trak sig tilbage i januar 2020. (De brune dværge blev opdaget af den jordbaserede Two Micron All Sky Survey, eller 2MASS, som løb indtil 2001.) Holdet bekræftede derefter deres usædvanlige fund gennem observationer med de jordbaserede Gemini North- og Magellan-teleskoper.

Brune dværge, som stjerner eller planeter, snurrer allerede, når de dannes. Når de afkøles og trækker sig sammen, de snurrer hurtigere, ligesom når en snurrende skøjteløber trækker hendes arme ind i hendes krop. Forskere har målt spin-hastighederne for omkring 80 brune dværge, og de varierer fra mindre end to timer (inklusive de tre nye poster) til snesevis af timer.

Med så stor variation blandt de brune dværghastigheder, der allerede er målt, det overraskede forfatterne til den nye undersøgelse, at de tre hurtigste brune dværge, der nogensinde er fundet, har næsten nøjagtig samme spin-hastighed (ca. en hel rotation i timen) som hinanden. Dette kan ikke tilskrives, at de brune dværge er dannet sammen eller er på samme trin i deres udvikling, fordi de er fysisk forskellige:Den ene er en varm brun dværg, en er kold, og den anden falder imellem dem. Da brune dværge afkøles, når de bliver ældre, temperaturforskellene tyder på, at disse brune dværge har forskellige aldre.

Forfatterne kridter ikke dette op til tilfældigheder. De tror, ​​at medlemmerne af den hurtige trio alle har nået en spinhastighedsgrænse, ud over hvilken en brun dværg kunne bryde fra hinanden.

Alle roterende objekter genererer centripetalkraft, som øges, jo hurtigere objektet drejer. På en karnevalstur, denne kraft kan true med at smide ryttere fra deres sæder; i stjerner og planeter, det kan rive genstanden fra hinanden. Før en roterende genstand går i stykker, det vil ofte begynde at bule rundt om sin midterdel, da det deformeres under trykket. Forskere kalder dette oblation. Saturn, som roterer en gang hver 10. time som Jupiter, har en mærkbar oblation. Baseret på de kendte karakteristika for de brune dværge, de har sandsynligvis lignende grader af oblation, ifølge papirforfatterne.

At nå hastighedsgrænsen

I betragtning af at brune dværge har en tendens til at accelerere, når de bliver ældre, Overskrider disse genstande regelmæssigt deres spinhastighedsgrænse og bliver revet fra hinanden? I andre roterende kosmiske objekter, som stjerner, der er naturlige bremsemekanismer, der forhindrer dem i at ødelægge sig selv. Det er endnu ikke klart, om lignende mekanismer findes hos brune dværge.

"Det ville være ret spektakulært at finde en brun dværg, der roterer så hurtigt, at den kaster sin atmosfære ud i rummet, " sagde Megan Tannock, en ph.d. kandidat ved Western University i London, Ontario, og hovedforfatter på det nye studie. "Men indtil videre sådan noget har vi ikke fundet. Jeg tror, ​​det må betyde, at enten er der noget, der bremser de brune dværge, før de rammer det ekstreme, eller at de ikke kan blive så hurtige i første omgang. Resultatet af vores papir understøtter en form for grænse for rotationshastigheden, men vi er ikke sikre på årsagen endnu."

Den maksimale spinhastighed for ethvert objekt bestemmes ikke kun af dens samlede masse, men af ​​hvordan den masse er fordelt. Derfor, når meget høje spin-hastigheder er involveret, forståelsen af ​​en brun dværgs indre struktur bliver stadig vigtigere:Materialet indeni forskydes og deformeres sandsynligvis på måder, der kunne ændre, hvor hurtigt objektet kan dreje. Svarende til gasplaneter som Jupiter og Saturn, brune dværge består for det meste af brint og helium.

Men de er også betydeligt tættere end de fleste gigantiske planeter. Forskere tror, ​​at brinten i kernen af ​​en brun dværg er under så voldsomt pres, at den begynder at opføre sig som et metal snarere end en inert gas:Den har fritsvævende ledende elektroner, meget som en kobberleder. Det ændrer, hvordan varmen ledes gennem det indre og med meget hurtige spin-hastigheder, kan også påvirke, hvordan massen inde i et astronomisk objekt er fordelt.

"Denne tilstand af brint, eller enhver gas under et sådant ekstremt tryk, er stadig meget gådefuld, " sagde Stanimir Metchev, medforfatter på papiret og Canada Research Chair in Extrasolar Planets ved Institute for Earth and Space Exploration ved Western University. "Det er ekstremt udfordrende at reproducere denne tilstand af stof selv i de mest avancerede højtryksfysiklaboratorier."

Fysikere bruger observationer, laboratoriedata, og matematik for at skabe modeller for, hvordan brune dværg interiører skal se ud, og hvordan de skal opføre sig, selv under ekstreme forhold. Men nuværende modeller viser, at den maksimale brune dværgs spinhastighed bør være omkring 50% til 80% hurtigere end den en-times rotationsperiode, der er beskrevet i den nye undersøgelse.

"Det er muligt, at disse teorier ikke har det fulde billede endnu, " sagde Metchev. "Der kan være en faktor, der ikke er værdsat, spiller ind, som ikke lader den brune dværg spinde hurtigere." Yderligere observationer og teoretisk arbejde kan endnu afsløre, om der er en bremsemekanisme, der stopper brune dværge fra selvdestruktion, og om der er brune dværge spinder endnu hurtigere i mørket.

Holdets resultater vil fremgå af et kommende nummer af Det astronomiske tidsskrift .