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TRÊS ANÃS CASTANHAS PODEM REVELAR UM LIMITE DE VELOCIDADE DE ROTAÇÃO
9 de abril de 2021

 


Quanto mais depressa uma anã castanha gira, mais estreitas as bandas de cores diferentes na sua atmosfera provavelmente se tornam, como visto nesta ilustração. Algumas anãs castanhas brilham no visível, mas são geralmente mais brilhantes no infravermelho, para lá do que o olho humano consegue ver.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

 

Usando dados do Telescópio Espacial Spitzer da NASA, os cientistas identificaram as três anãs castanhas com mais alta rotação já encontradas. Mais massivas do que a maioria dos planetas, mas não massivas o suficiente para brilhar como estrelas, as anãs castanhas são objetos intermédios. E embora não sejam tão conhecidas do público como as estrelas e como os planetas, pensa-se que existam milhares de milhões na Via Láctea.

Num estudo a ser publicado na revista The Astronomical Journal, a equipa que fez as novas medições de velocidade argumenta que estes três astros podem estar a aproximar-se de um limite de velocidade de rotação para todas as anãs castanhas, além do qual se fragmentariam. As anãs castanhas 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 castanhas gira a mais de 100 quilómetros por segundo, ou cerca de 360.000 por hora.

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

As anãs castanhas, como estrelas ou planetas, já estão a girar 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 castanhas, e variam entre menos de 2 horas (incluindo as três novas entradas) e dezenas de horas.

Com tanta variedade entre as velocidades das anãs castanhas já medidas, os autores do novo estudo ficaram surpreendidos em saber que as três anãs castanhas com rotação mais elevada têm quase o mesmo valor (cerca de uma rotação por hora). Isto não pode ser atribuído às anãs castanhas terem sido formadas juntas ou a estarem no mesmo estágio de desenvolvimento, porque são fisicamente diferentes: uma é uma anã castanha quente, uma é fria e a outra fica no meio. Dado que as anãs castanhas arrefecem à medida que envelhecem, as diferenças de temperatura sugerem que estas anãs castanhas têm idades diferentes.

Os autores 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. Os cientistas chamam isto de oblação. Saturno, que gira uma vez a cada 10 horas como Júpiter, tem uma oblação percetível. Com base nas características conhecidas das anãs castanhas, provavelmente têm graus semelhantes de oblação, de acordo com os autores do artigo.

Atingindo o limite de velocidade

Considerando que as anãs castanhas tendem a acelerar à medida que envelhecem, será que estes objetos excedem regularmente o seu limite de velocidade de rotação e são dilacerados? Noutros 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 castanhas.

"Seria bem espetacular encontrar uma anã castanha a girar tão depressa para libertar a sua atmosfera para o espaço," disse Megan Tannock, candidata a doutoramento na Western University em Londres, Ontário, Canadá, autora principal do novo estudo. "Mas, até agora, não encontrámos tal coisa. Acho que isso deve significar que ou algo está a travar as anãs castanhas antes de atingirem esse extremo ou que não conseguem atingir estes valores em primeiro lugar. O resultado do nosso trabalho suporta algum tipo de limite de velocidade de rotação, mas ainda não temos a certeza do motivo."

A velocidade máxima de rotação de qualquer objeto é determinada não apenas pela sua massa total, mas também por como essa 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 castanha: 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 castanhas são compostas principalmente por hidrogénio e hélio.

Mas também são significativamente mais densas do que a maioria dos planetas gigantes. Os cientistas pensam que o hidrogénio no núcleo de uma anã castanha está sob pressões tão tremendas que começa a comportar-se como um metal em vez de um gás inerte: tem eletrões 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 astronómico é distribuída.

"Este estado do hidrogénio, ou qualquer gás sob pressão extrema, ainda é muito enigmático," disse Stanimir Metchev, coautor do artigo e 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 de laboratório e matemática para criar modelos de como devem ser os interiores das anãs castanhas e como devem comportar-se, mesmo sob condições extremas. Mas os modelos atuais mostram que a velocidade máxima de rotação das anãs castanhas deve ser cerca de 50% a 80% maior do que o período de rotação de uma hora descrito no novo estudo.

"É possível que estas teorias ainda não tenham a imagem completa," disse Metchev. "Algum fator não apreciado pode estar em jogo que não deixa a anã castanha girar mais depressa." Observações adicionais e trabalhos teóricos podem ainda revelar se há algum mecanismo de travagem que impede as anãs castanhas de se autodestruírem e se existem anãs castanhas que giram ainda mais depressa.

 

 


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Todos os objetos giratórios, desde carrosséis a planetas, geram força centrípeta. Se um planeta girar demasiado depressa, pode fragmentar-se. Antes disso acontecer, o planeta vai passar por um "achatamento", criando um bojo no equador, tal como visto na ilustração de uma anã castanha, em Júpiter e em Saturno.
Crédito: NASA/JPL-Caltech


As anãs castanhas são mais massivas do que a maioria dos planetas mas não tão massivas quanto as estrelas. Em termos gerais, têm entre 13 e 80 vezes a massa de Júpiter. Uma anã castanha torna-se uma estrela se a pressão no seu núcleo ficar alta o suficiente para dar início à fusão nuclear.
Crédito: NASA/JPL-Caltech


// NASA (comunicado de imprensa)
// Western University (comunicado de imprensa)
// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Observatório Gemini (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

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