Utilizzando i dati del telescopio spaziale Spitzer della NASA, gli scienziati hanno identificato le tre nane brune che ruotano più velocemente mai trovate. Più massiccio della maggior parte dei pianeti, ma non abbastanza pesante da accendersi come le stelle, le nane brune sono intermedi cosmici. E sebbene non siano così conosciuti come stelle e pianeti dalla maggior parte delle persone, si pensa che siano miliardi nella nostra galassia.

In uno studio apparso su Giornale Astronomico , il team che ha effettuato le nuove misurazioni della velocità sostiene che questi tre rotatori rapidi potrebbero avvicinarsi a un limite di velocità di rotazione per tutte le nane brune, oltre il quale si sarebbero frantumati. Le nane brune che ruotano rapidamente hanno tutte circa lo stesso diametro di Giove, ma tra 40 e 70 volte più massicce. Ciascuno ruota circa una volta all'ora, mentre le nane brune più veloci conosciute ruotano circa una volta ogni 1,4 ore e Giove ruota una volta ogni 10 ore. In base alle loro dimensioni, ciò significa che la più grande delle tre nane brune gira a più di 60 miglia al secondo (100 chilometri al secondo), o circa 220, 000 miglia all'ora (360, 000 chilometri orari).

Le misurazioni della velocità sono state effettuate utilizzando i dati di Spitzer, che la NASA ha ritirato nel gennaio 2020. (Le nane brune sono state scoperte dal Two Micron All Sky Survey, o 2MASS, che durò fino al 2001.) Il team ha poi confermato le loro insolite scoperte attraverso osservazioni con i telescopi Gemini North e Magellan a terra.

nane brune, come stelle o pianeti, stanno già girando quando si formano. Mentre si raffreddano e si contraggono, girano più veloci, proprio come quando una pattinatrice sul ghiaccio che gira trascina le braccia nel suo corpo. Gli scienziati hanno misurato la velocità di rotazione di circa 80 nane brune, e variano da meno di due ore (comprese le tre new entry) a decine di ore.

Con così tanta varietà tra le velocità delle nane brune già misurate, ha sorpreso gli autori del nuovo studio che le tre nane brune più veloci mai trovate abbiano quasi la stessa velocità di rotazione (circa una rotazione completa all'ora) l'una dell'altra. Ciò non può essere attribuito al fatto che le nane brune si siano formate insieme o siano allo stesso stadio del loro sviluppo, perché sono fisicamente diversi:uno è una calda nana bruna, uno è freddo, e l'altro cade tra loro. Poiché le nane brune si raffreddano quando invecchiano, le differenze di temperatura suggeriscono che queste nane brune abbiano età diverse.

Gli autori non lo attribuiscono a una coincidenza. Pensano che i membri del trio veloce abbiano tutti raggiunto un limite di velocità di rotazione, oltre il quale una nana bruna potrebbe rompersi.

Tutti gli oggetti rotanti generano forza centripeta, che aumenta quanto più velocemente l'oggetto gira. In una giostra di carnevale, questa forza può minacciare di far cadere i corridori dai loro sedili; nelle stelle e nei pianeti, può strappare l'oggetto. Prima che un oggetto rotante si rompa, spesso inizierà a gonfiarsi intorno alla sua sezione centrale mentre si deforma sotto la pressione. Gli scienziati chiamano questa oblazione. Saturno, che ruota una volta ogni 10 ore come Giove, ha un'oblazione percettibile. Sulla base delle note caratteristiche delle nane brune, probabilmente hanno gradi simili di oblazione, secondo gli autori dell'articolo.

Raggiungere il limite di velocità

Considerando che le nane brune tendono ad accelerare con l'età, questi oggetti superano regolarmente il limite di velocità di centrifuga e vengono fatti a pezzi? In altri oggetti cosmici rotanti, come stelle, esistono meccanismi di frenatura naturali che impediscono loro di autodistruggersi. Non è ancora chiaro se esistano meccanismi simili nelle nane brune.

"Sarebbe piuttosto spettacolare trovare una nana bruna che ruota così velocemente da lanciare la sua atmosfera nello spazio, " ha detto Megan Tannock, un dottorato di ricerca candidato alla Western University di Londra, Ontario, e autore principale del nuovo studio. "Ma così lontano, non abbiamo trovato una cosa del genere. Penso che ciò debba significare che qualcosa sta rallentando le nane brune prima che raggiungano quell'estremo o che non possano arrivare così velocemente in primo luogo. Il risultato del nostro articolo supporta una sorta di limite alla velocità di rotazione, ma non siamo ancora sicuri del motivo".

La velocità di rotazione massima di qualsiasi oggetto è determinata non solo dalla sua massa totale, ma anche da come tale massa è distribuita. Ecco perchè, quando sono coinvolte velocità di rotazione molto rapide, comprendere la struttura interna di una nana bruna diventa sempre più importante:il materiale all'interno probabilmente si sposta e si deforma in modi che potrebbero cambiare la velocità di rotazione dell'oggetto. Simile ai pianeti gassosi come Giove e Saturno, le nane brune sono composte principalmente da idrogeno ed elio.

Ma sono anche significativamente più densi della maggior parte dei pianeti giganti. Gli scienziati pensano che l'idrogeno nel nucleo di una nana bruna sia sottoposto a pressioni così tremende che inizia a comportarsi come un metallo piuttosto che come un gas inerte:ha elettroni conduttori fluttuanti, molto simile a un conduttore di rame. Ciò cambia il modo in cui il calore viene condotto all'interno e con velocità di rotazione molto elevate, può anche influenzare la distribuzione della massa all'interno di un oggetto astronomico.

"Questo stato di idrogeno, o qualsiasi gas sotto tale pressione estrema, è ancora molto enigmatico, " ha detto Stanimir Metchev, coautore dell'articolo e della Canada Research Chair in Extrasolar Planets presso l'Institute for Earth and Space Exploration presso la Western University. "È estremamente difficile riprodurre questo stato della materia anche nei laboratori di fisica ad alta pressione più avanzati".

I fisici usano le osservazioni, dati di laboratorio, e matematica per creare modelli di come dovrebbero essere gli interni delle nane brune e come dovrebbero comportarsi, anche in condizioni estreme. Ma i modelli attuali mostrano che la velocità massima di rotazione delle nane brune dovrebbe essere dal 50% all'80% più veloce del periodo di rotazione di un'ora descritto nel nuovo studio.

"È possibile che queste teorie non abbiano ancora il quadro completo, " ha detto Metchev. "Potrebbe entrare in gioco qualche fattore non apprezzato che non consente alla nana bruna di girare più velocemente." Ulteriori osservazioni e lavori teorici potrebbero ancora rivelare se esiste un meccanismo di frenatura che impedisce alle nane brune di autodistruggersi e se ci sono nane brune che girano ancora più veloci nell'oscurità.

I risultati della squadra appariranno in un prossimo numero di Il Giornale Astronomico .