Используя данные космического телескопа НАСА "Спитцер", ученые определили три самых быстро вращающихся коричневых карлика, из когда-либо найденных. Более массивные, чем большинство планет, но не настолько тяжелые, чтобы воспламениться подобно звездам, коричневые карлики являются космическими промежуточниками. И хотя они не так хорошо известны большинству людей, как звезды и планеты, считается, что их число в нашей Галактике исчисляется миллиардами.
В исследовании, опубликованном в журнале Astronomical Journal, команда, проводившая новые измерения скорости, утверждает, что эти три быстро вращающихся карлика могут приблизиться к пределу скорости вращения для всех коричневых карликов, за пределами которого они распадутся. Все быстро вращающиеся коричневые карлики примерно такого же диаметра, как Юпитер, но в 40-70 раз массивнее. Каждый из них совершает оборот примерно за 1 час, в то время как следующие по скорости известные коричневые карлики совершают оборот примерно за 1,4 часа, а Юпитер за 10 часов. Исходя из их размера, это означает, что самый большой из трех коричневых карликов вращается со скоростью более 100 километров в секунду или 360 000 километров в час.
Измерения скорости проводились с использованием данных с телескопа "Спитцер", который НАСА вывело из работы в январе 2020 года. (Коричневые карлики были обнаружены наземным телескопом 2MASS, который проводил исследования до 2001 года.) Затем команда подтвердила свои необычные выводы с помощью наблюдений с наземных телескопов Gemini North и Magellan.
Коричневые карлики, как звезды или планеты, уже вращаются, когда формируются. Когда они остывают и сжимаются, они вращаются быстрее, точно так же, как когда вращающийся конькобежец прижимает руки к телу. Ученые измерили скорости вращения около 80 коричневых карликов, и они варьируются от менее чем двух часов (включая три новых) до десятков часов.
При таком большом разнообразии уже измеренных скоростей коричневых карликов авторы нового исследования удивились, что три самых быстрых из когда-либо найденных коричневых карлика имеют почти одинаковую скорость вращения - около одного полного оборота в час. Это не может быть связано с тем, что коричневые карлики сформировались вместе или находятся на одной стадии своего развития, потому что они физически различны: один теплый коричневый карлик, другой холодный, а последний находится между ними. Поскольку коричневые карлики охлаждаются с возрастом, разница температур позволяет предположить, что эти коричневые карлики имеют разный возраст.
Авторы не списывают это на совпадение. Они думают, что все члены скоростного трио достигли предела скорости вращения, за которым коричневый карлик может развалиться.
Все вращающиеся объекты генерируют центростремительную силу, которая увеличивается тем быстрее, чем быстрее вращается объект. На карусели эта сила может угрожать сбросить всадников с их мест, а в звездах и планетах она может разорвать объект на части. Прежде чем вращающийся объект распадется на части, он часто начинает выпирать вокруг экватора, поскольку он начинается деформироваться под давлением.
Учитывая, что коричневые карлики имеют тенденцию ускоряться с возрастом, регулярно ли эти объекты превышают предельную скорость вращения и разрываются на части? В других вращающихся космических объектах, таких как звезды, существуют естественные тормозные механизмы, которые не дают им разрушать себя. Пока неясно, существуют ли подобные механизмы у коричневых карликов.
«Было бы довольно интересно обнаружить, что коричневый карлик вращается так быстро, что выбрасывает свою атмосферу в космос», - сказала Меган Таннок, кандидат философии в Западном университете в Лондоне и ведущий автор нового исследования. «Но пока мы ничего подобного не нашли. Я думаю, что это должно означать, что либо что-то замедляет коричневых карликов, прежде чем они достигнут этой крайности, либо они не могут двигаться так быстро. Результат нашей работы поддерживает какое-то ограничение на скорость вращения, но мы пока не уверены в причине».
Максимальная скорость вращения любого объекта определяется не только его общей массой, но и тем, как эта масса распределена. Вот почему, когда речь идет об очень высоких скоростях вращения, понимание внутренней структуры коричневого карлика становится все более важной: материал внутри него, вероятно, смещается и деформируется таким образом, что может изменить скорость вращения объекта. Подобно газовым планетам, таким как Юпитер и Сатурн, коричневые карлики состоят в основном из водорода и гелия.
Коричневые карлики массивнее большинства планет, но не так массивны, как звезды. Вообще говоря, они имеют массу от 13 до 80 масс Юпитера.
Но они также значительно плотнее, чем большинство планет-гигантов. Ученые считают, что водород в ядре коричневого карлика находится под таким огромным давлением, что он начинает вести себя как металл, а не как инертный газ: Он имеет свободно плавающие проводящие электроны, очень похожие на медный проводник. Это изменяет то, как тепло проходит через внутреннюю часть и с очень быстрыми скоростями вращения, может также повлиять на то, как распределяется масса внутри астрономического объекта.
«Это состояние водорода или любого газа под таким экстремальным давлением все еще очень загадочно», - сказал Станимир Метчев, соавтор статьи и научный руководитель отдела внеземных планет института земли и космических исследований Западного университета. «Воспроизвести это состояние материи чрезвычайно сложно даже в самых передовых лабораториях физики высокого давления».
Физики используют наблюдения, лабораторные данные и математику для создания моделей того, как должны выглядеть внутренности коричневых карликов и как они должны вести себя даже в экстремальных условиях. Но современные модели показывают, что максимальная скорость вращения коричневого карлика должна быть примерно на 50-80% быстрее, чем часовой период вращения, описанный в новом исследовании.
«Возможно, что эти теории еще не имеют полной картины» - сказал Метчев. «Возможно, в игру вступает какой-то недооцененный фактор, который не позволяет коричневому карлику вращаться быстрее». Дополнительные наблюдения и теоретическая работа еще могут показать, есть ли какой-то тормозной механизм, который останавливает коричневых карликов от саморазрушения, и есть ли коричневые карлики, вращающиеся еще быстрее в темноте дальнего космоса.
По информации https://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=20210408184913
Обозрение "Terra & Comp".
