Med hjälp av data från NASA:s Spitzer Space Telescope, Forskare har identifierat de tre snabbast snurrande bruna dvärgarna som någonsin hittats. Mer massiv än de flesta planeter men inte riktigt tung nog att antändas som stjärnor, bruna dvärgar är kosmiska mellanting. Och även om de inte är lika kända som stjärnor och planeter för de flesta människor, de tros uppgå till miljarder i vår galax.

I en studie som visas i Astronomisk tidskrift , teamet som gjorde de nya hastighetsmätningarna hävdar att dessa tre snabba rotatorer kan närma sig en spinhastighetsgräns för alla bruna dvärgar, bortom vilken de skulle bryta isär. De snabbt roterande bruna dvärgarna har alla ungefär samma diameter som Jupiter men mellan 40 och 70 gånger mer massiva. De roterar ungefär en gång i timmen, medan de näst snabbaste kända bruna dvärgarna roterar ungefär en gång var 1,4:e timme och Jupiter snurrar en gång var 10:e timme. Baserat på deras storlek, det betyder att den största av de tre bruna dvärgarna piskar runt i mer än 60 miles per sekund (100 kilometer per sekund), eller cirka 220, 000 miles per timme (360, 000 kilometer i timmen).

Hastighetsmätningarna gjordes med hjälp av data från Spitzer, som NASA drog tillbaka i januari 2020. (De bruna dvärgarna upptäcktes av den markbaserade Two Micron All Sky Survey, eller 2 MASS, som pågick till 2001.) Teamet bekräftade sedan sina ovanliga fynd genom observationer med de markbaserade teleskopen Gemini North och Magellan.

Bruna dvärgar, som stjärnor eller planeter, snurrar redan när de bildas. När de svalnar och drar ihop sig, de snurrar snabbare, precis som när en snurrande skridskoåkare drar in armarna i hennes kropp. Forskare har mätt spinnhastigheterna för cirka 80 bruna dvärgar, och de varierar från mindre än två timmar (inklusive de tre nya posterna) till tiotals timmar.

Med så stor variation bland de bruna dvärghastigheterna som redan uppmätts, det förvånade författarna till den nya studien att de tre snabbaste bruna dvärgarna som någonsin hittats har nästan exakt samma snurrhastighet (ungefär en hel rotation per timme) som varandra. Detta kan inte tillskrivas att de bruna dvärgarna har bildats tillsammans eller befinner sig på samma stadium i sin utveckling, eftersom de är fysiskt olika:Den ena är en varm brun dvärg, en är kall, och den andra faller mellan dem. Eftersom bruna dvärgar svalnar när de åldras, temperaturskillnaderna tyder på att dessa bruna dvärgar har olika åldrar.

Författarna kritar inte detta till tillfälligheter. De tror att medlemmarna i den snabba trion alla har nått en hastighetsgräns, bortom vilken en brun dvärg kunde bryta isär.

Alla roterande föremål genererar centripetalkraft, vilket ökar ju snabbare föremålet snurrar. På en karnevalstur, denna kraft kan hota att kasta ryttare från sina platser; i stjärnor och planeter, det kan slita isär föremålet. Innan ett snurrande föremål går sönder, det kommer ofta att börja bukta runt dess mittparti när det deformeras under trycket. Forskare kallar detta oblation. Saturnus, som roterar en gång var tionde timme som Jupiter, har en märkbar oblation. Baserat på de kända egenskaperna hos de bruna dvärgarna, de har sannolikt liknande grader av oblation, enligt tidningsförfattarna.

Att nå hastighetsgränsen

Med tanke på att bruna dvärgar tenderar att ta fart när de åldras, överskrider dessa föremål regelbundet sin hastighetsgräns och slits isär? I andra roterande kosmiska objekt, som stjärnor, det finns naturliga bromsmekanismer som hindrar dem från att förstöra sig själva. Det är ännu inte klart om liknande mekanismer finns hos bruna dvärgar.

"Det skulle vara ganska spektakulärt att hitta en brun dvärg som roterar så snabbt att den kastar sin atmosfär ut i rymden, " sa Megan Tannock, en Ph.D. kandidat vid Western University i London, Ontario, och huvudförfattare på den nya studien. "Men hittills, vi har inte hittat något sådant. Jag tror att det måste betyda att antingen är det något som bromsar de bruna dvärgarna innan de träffar det där extrema eller att de inte kan bli så snabba i första hand. Resultatet av vårt papper stöder någon sorts gräns för rotationshastigheten, men vi är inte säkra på orsaken ännu."

Den maximala spinnhastigheten för ett föremål bestäms inte bara av dess totala massa utan av hur den massan är fördelad. Det är därför, när mycket snabba snurrhastigheter är involverade, Att förstå en brun dvärgs inre struktur blir allt viktigare:Materialet inuti förändras och deformeras sannolikt på sätt som kan förändra hur snabbt föremålet kan snurra. Liknar gasplaneter som Jupiter och Saturnus, bruna dvärgar består mestadels av väte och helium.

Men de är också betydligt tätare än de flesta jätteplaneter. Forskare tror att vätet i kärnan av en brun dvärg är under så enormt tryck att det börjar bete sig som en metall snarare än en inert gas:den har fritt svävande ledande elektroner, ungefär som en kopparledare. Det förändrar hur värme leds genom interiören och med mycket snabba spinnhastigheter, kan också påverka hur massan inuti ett astronomiskt objekt är fördelat.

"Detta tillstånd av väte, eller någon gas under sådant extremt tryck, är fortfarande mycket gåtfull, sade Stanimir Metchev, medförfattare på uppsatsen och Canada Research Chair in Extrasolar Planets vid Institutet för jord- och rymdutforskning vid Western University. "Det är extremt utmanande att reproducera detta tillstånd av materia även i de mest avancerade högtryckslaboratorierna."

Fysiker använder observationer, laboratoriedata, och matematik för att skapa modeller för hur bruna dvärginteriörer ska se ut och hur de ska bete sig, även under extrema förhållanden. Men nuvarande modeller visar att den maximala spinnhastigheten för brun dvärg bör vara cirka 50 % till 80 % snabbare än den entimmes rotationsperiod som beskrivs i den nya studien.

"Det är möjligt att dessa teorier inte har hela bilden ännu, ", sa Metchev. "Någon ouppskattad faktor kan spela in som inte låter den bruna dvärgen snurra snabbare." Ytterligare observationer och teoretiskt arbete kan ännu avslöja om det finns någon bromsmekanism som stoppar bruna dvärgar från självförstörelse och om det finns bruna dvärgar snurrar ännu snabbare i mörkret.

Lagets resultat kommer att visas i ett kommande nummer av The Astronomical Journal .