Três anãs marrons podem revelar um limite de velocidade de rotação

Usando dados do telescópio espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs marrons com mais alta rotação já encontradas.

© NASA/JPL-Caltech (ilustração de uma anã marrom)

Mais massivas do que a maioria dos planetas, mas não massivas o suficiente para brilhar como estrelas, as anãs marrons são objetos intermediários. E embora não sejam tão conhecidas do público como as estrelas e como os planetas, pensa-se que existam bilhões na Via Láctea. 

Neste estudo, os astrônomos que fizeram as novas medições de velocidade argumentam que estes três astros podem estar se aproximando de um limite de velocidade de rotação para todas as anãs marrons, além do qual se fragmentariam. 

As anãs marrons de rápida rotação têm quase o mesmo diâmetro que Júpiter, mas entre 40 e 70 vezes mais massa. Cada uma delas gira cerca de uma vez a cada 1,4 horas, ao passo que Júpiter completa uma rotação a cada 10 horas. Com base no seu tamanho, isto significa que a maior das três anãs marrons gira a mais de 100 km/s, ou cerca de 360.000 km/h. 

As medições de velocidade foram feitas usando dados do Spitzer, que a NASA aposentou em janeiro de 2020 (as anãs marrons foram descobertas pelo 2MASS, ou Two Micron All Sky Survey, que durou até 2001). A equipe então corroborou as suas descobertas incomuns através de observações com os telescópios terrestres Gemini North e Magellan.

As anãs marrons, como estrelas ou planetas, já estão girando quando se formam. À medida que arrefecem e se contraem, giram mais depressa, como quando uma patinadora no gelo puxa os braços para o corpo. Os cientistas mediram a rotação de aproximadamente 80 anãs marrons, e variam entre menos de 2 horas (incluindo as três novas entradas) e dezenas de horas. 

Com tanta variedade entre as velocidades das anãs marrons já medidas, os astrônomos ficaram surpreendidos em saber que as três anãs marrons com rotação mais elevada têm quase o mesmo valor (cerca de uma rotação por hora). Isto não pode ser atribuído às anãs marrons terem sido formadas juntas ou a estarem no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã marrom quente, uma é fria e a outra fica no meio.

Dado que as anãs marrons arrefecem à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que estas anãs marrons têm idades diferentes. Os pesquisadores não consideram isto uma coincidência. Pensam que os membros deste trio veloz alcançaram o limite de velocidade de rotação, além do qual uma anã branca pode fragmentar-se. Todos os objetos com rotação geram força centrípeta, que aumenta quanto mais rápido o objeto gira. Num carrossel, esta força pode lançar as pessoas dos seus assentos; nas estrelas e nos planetas, pode separar o objeto.

Antes de um objeto giratório se quebrar, geralmente começa a criar um bojo no seu equador à medida que se deforma sob pressão, isto é chamado oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação perceptível. Com base nas características conhecidas das anãs marrons, provavelmente têm graus semelhantes de oblação. 

Considerando que as anãs marrons tendem a acelerar à medida que envelhecem, será que estes objetos excedem regularmente o seu limite de velocidade de rotação e são dilacerados? Em outros objetos cósmicos, como estrelas, existem mecanismos naturais de travagem que os impedem de se destruírem. Ainda não está claro se existem mecanismos semelhantes nas anãs marrons. 

A velocidade máxima de rotação de qualquer objeto é determinada não apenas pela sua massa total, mas também por como esta massa é distribuída. É por isso que quando estão envolvidas velocidades de rotação muito elevadas, torna-se muito importante compreender a estrutura interna de uma anã marrom: o material provavelmente move-se e deforma-se de maneiras que podem mudar a velocidade com que o objeto pode girar. Semelhante a planetas gasosos como Júpiter e Saturno, as anãs marrons são compostas principalmente por hidrogênio e hélio. Mas também são significativamente mais densas do que a maioria dos planetas gigantes. 

Os cientistas pensam que o hidrogênio no núcleo de uma anã marrom está sob pressões tão tremendas que começa a comportar-se como um metal em vez de um gás inerte: tem elétrons condutores flutuantes, muito parecidos a um condutor de cobre. Isto muda a forma como o calor é conduzido pelo interior e, com rotações muito rápidas, também pode afetar a forma como a massa dentro de um objeto astronômico é distribuída. 

É extremamente desafiador reproduzir este estado da matéria, mesmo nos laboratórios de física de alta pressão mais avançados. Os físicos usam observações, dados de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs marrons e como devem comportar-se, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação das anãs marrons deve ser cerca de 50% a 80% maior do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.

Observações adicionais e trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de travagem que impede as anãs marrons de se autodestruírem e se existem anãs marrons que giram ainda mais depressa.

O estudo será publicado no periódico The Astronomical Journal.

Fonte: Jet Propulsion Laboratory