Ученые: коричневые карлики имеют предел скорости вращения

Используя данные космического телескопа НАСА Спитцер, ученые определили трех самых быстро вращающихся коричневых карлика из когда-либо найденных. Как известно, более массивные, чем большинство планет, но недостаточно тяжелые, чтобы воспламеняться, как звезды, коричневые карлики – космические промежуточные звенья. И хотя большинству людей они не так хорошо известны, как звезды и планеты, считается, что в нашей Галактике их насчитываются миллиарды.

В исследовании, опубликованном в Astronomical Journal , команда, проводившая новые измерения скорости, утверждает, что эти три быстрых волчка могут приближаться к пределу скорости вращения для всех коричневых карликов, после которого они развалятся на части. Быстро вращающиеся коричневые карлики примерно того же диаметра, что и Юпитер, но в 40-70 раз массивнее. Каждый из них вращается примерно раз в час, в то время как следующие по скорости известные коричневые карлики вращаются примерно раз в 1,4 часа, а Юпитер – раз в 10 часов. Исходя из их размера, это означает, что самый большой из трех коричневых карликов вращается со скоростью более 100 километров в секунду или около 360 000 километров в час.

Скорости вращения

Измерения скорости проводились с использованием данных спутника Spitzer, который НАСА удалило в январе 2020 года. Затем группа подтвердила свои необычные выводы посредством наблюдений с помощью наземных телескопов Gemini North и Magellan.

Коричневые карлики, как звезды или планеты, уже вращаются, когда образуются. По мере того, как они остывают и сокращаются, они вращаются еще быстрее. Ученые измерили скорость вращения около 80 коричневых карликов, и она варьируется от менее периода двух часов (включая три новых записи) до десятков часов.

При большом разнообразии уже измеренных скоростей коричневых карликов три самых быстрых из них имеют почти одинаковую скорость вращения – около одного полного вращения в час. Это не может быть связано с тем, что коричневые карлики сформировались вместе или находятся на одной и той же стадии своего развития. Ведь они физически разные: один – теплый коричневый карлик, другой – холодный, а третий по свойствам лежит между ними. Поскольку коричневые карлики с возрастом остывают, разница температур предполагает, что у этих коричневых карликов разный возраст.

Авторы не считают это совпадением. Они думают, что все члены скоростной троицы достигли предела скорости вращения, за которым коричневый карлик может развалиться на части.

Все вращающиеся объекты создают центростремительную силу, которая увеличивается с увеличением скорости вращения объекта. Эта сила может разорвать объект на части. Прежде чем вращающийся объект развалится, он часто начинает выпирать вокруг своей средней части, поскольку деформируется под давлением. Ученые называют это жертвоприношением. Сатурн, который вращается каждые 10 часов, как Юпитер, имеет заметное приношение. Судя по известным характеристикам коричневых карликов, по словам авторов статьи, они, вероятно, имеют схожие степени приношения.

Слева направо: иллюстрация коричневого карлика, Юпитера и Сатурна.
Все вращающиеся объекты, от каруселей до планет, генерируют центростремительную силу. Если планета вращается слишком быстро, эта сила может разорвать ее на части. Прежде чем это произойдет, планета испытает «сплющивание» или выпуклость вокруг своей средней части, как показано на этой иллюстрации коричневого карлика, Юпитера и Сатурна.
Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.

Достижение предельной скорости

Учитывая, что коричневые карлики имеют тенденцию ускоряться с возрастом, эти объекты регулярно превышают предел скорости вращения и разрываются на части? В других вращающихся космических объектах, таких как звезды, есть естественные тормозные механизмы, которые не дают им самоуничтожиться. Пока не ясно, существуют ли подобные механизмы у коричневых карликов.

«Было бы очень впечатляюще увидеть коричневый карлик, вращающийся так быстро, что выбросил бы свою атмосферу в космос, – сказала Меган Тэннок, доктор философии из Западного университета в Лондоне, Онтарио, и ведущий автор нового исследования. – Но пока мы не нашли ничего подобного. Я думаю, это должно означать, что либо что-то замедляет коричневых карликов, прежде чем они достигнут такого предела, либо они вообще не могут достичь такой скорости. Результат нашей статьи поддерживает своего рода ограничение на скорость вращения, но мы еще не уверены в причине».

Сравнительная таблица

Коричневые карлики массивнее большинства планет, но не так массивны, как звезды. Вообще говоря, они в 13-80 раз больше массы Юпитера. Коричневый карлик становится звездой, если давление в его ядре становится достаточно высоким, чтобы начать ядерный синтез.

коричневые карлики

Максимальная скорость вращения любого объекта определяется не только его общей массой, но и тем, как эта масса распределяется. Вот почему, когда задействованы очень быстрые скорости вращения, понимание внутренней структуры коричневого карлика становится все более важным: материал внутри, вероятно, сдвигается 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.

Состояние коричневого карлика

Но они также значительно плотнее, чем большинство планет-гигантов. Ученые считают, что водород в ядре коричневого карлика находится под таким огромным давлением, что начинает вести себя как металл, а не как инертный газ: он имеет свободно плавающие проводящие электроны, очень похожие на медный проводник. Это меняет то, как тепло проходит через внутреннюю часть, и с очень высокой скоростью вращения, а также может влиять на распределение массы внутри астрономического объекта.

«Это состояние водорода или любого газа под таким экстремальным давлением до сих пор остается очень загадочным, – сказал Станимир Мечев, соавтор статьи, сотрудник кафедры исследований внесолнечных планет в Институте исследования Земли и космоса Западного университета.  – Воспроизвести такое состояние вещества даже в самых передовых лабораториях физики высокого давления чрезвычайно сложно».

Физики используют наблюдения, лабораторные данные и математику для создания моделей того, как должны выглядеть коричневые карлики внутри и как они должны себя вести 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, эти теории еще не имеют полной картины, – добавил Метчев. – В игру может вступить какой-то недооцененный фактор, который не позволяет коричневому карлику вращаться быстрее».

Поэтому дополнительные наблюдения и теоретическая работа могут еще выявить, существует ли какой-то тормозной механизм, который останавливает коричневых карликов от самоуничтожения, и есть ли коричневые карлики, вращающиеся в темноте еще быстрее.

А еще в поиске коричневых карликов и оценке их свойств в будущем поможет будущий космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Роман.

Где занять деньги онлайн: как быстро взять микрозайм без отказа в Украине

Читайте обзоры:

-->