Usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons de giro mais rápido já encontradas. Mais massivo do que a maioria dos planetas, mas não suficientemente pesado para se inflamar como estrelas, anãs marrons são intermediários cósmicos. 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 de rotação rápida têm quase o mesmo diâmetro de Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada um deles gira cerca de uma vez por hora, enquanto as 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 se aposentou em janeiro de 2020. (As anãs marrons foram descobertas pela pesquisa terrestre Two Micron All Sky Survey, ou 2MASS, A equipe então corroborou suas descobertas incomuns por meio de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.

Anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. À medida que esfriam e se contraem, eles giram mais rápido, assim como quando uma patinadora no gelo girando coloca os braços em seu corpo. Os cientistas mediram as taxas de rotação de cerca de 80 anãs marrons, e 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 eles são fisicamente diferentes:um é uma anã marrom quente, um está frio, e o outro fica entre eles. Já que as anãs marrons esfriam com a idade, 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 rápido atingiram o limite de velocidade de giro, além do qual uma anã marrom poderia se separar.

Todos os objetos giratórios geram força centrípeta, o 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 que um objeto giratório se quebre, ele frequentemente 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, eles 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 rotação e sendo dilacerados? Em outros objetos cósmicos rotativos, como estrelas, existem mecanismos de travagem naturais 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 lançando sua atmosfera no espaço, "disse Megan Tannock, um Ph.D. candidato na Western University em Londres, Ontário, e autor principal do novo estudo. "Mas por enquanto, não encontramos tal coisa. Acho que isso deve significar que ou 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 do nosso trabalho suporta 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, quando taxas de rotação muito rápidas estão envolvidas, entender a estrutura interna de uma anã marrom torna-se cada vez mais importante:o material dentro provavelmente se desloca e se deforma de maneiras que podem alterar 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 parecido 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 como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída.

"Este estado de hidrogênio, ou qualquer gás sob pressão extrema, ainda é muito enigmático, "disse Stanimir Metchev, co-autor do artigo e Presidente de Pesquisa do Canadá em Planetas Extrasolares no Instituto de Exploração Terrestre e Espacial 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 laboratoriais, e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem se comportar, mesmo em 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 trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de freio que impeça as anãs marrons de se autodestruirem e se há anãs marrons girando ainda mais rápido na escuridão.

Os resultados da equipe aparecerão em uma próxima edição da The Astronomical Journal .