Elképesztően gyorsan forgó barna törpékre bukkantak

9574

Akár 360 000 km/h sebességgel is foroghatnak a sokszor bukott csillagokként is emlegetett barna törpék. A NASA Spitzer-űrtávcső adataiból készített új tanulmány szerint azonban úgy tűnik, van egy alsó határa a forgási periódusoknak. A barna törpék nagyobb tömegűek a legtöbb bolygónál, ahhoz viszont még nem eléggé, hogy a csillaggá váláshoz szükséges fúzió beinduljon a magjukban, ezért amolyan kozmikus köztes objektumoknak tekinthetők. Habár a legtöbbünknek talán kevésbé ismertek a csillagoknál és bolygóknál, több milliárd van belőlük a galaxisunkban.

Minél gyorsabban forog egy barna törpe, várhatóan annál keskenyebbek lesznek rajta a különböző színű légköri sávok – ahogyan ez az illusztráció mutatja. Némely barna törpe derengése megfigyelhető látható tartományban is, de tipikusan az emberi szem számára láthatatlan infravörösben a legfényesebbek. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Az Astronomical Journal tudományos folyóiratban megjelenő kutatásban bemutatott három objektum a valaha mért leggyorsabban körbeforgó barna törpék. Az új eredmények szerint közel maximális sebességgel foroghatnak, melyen túl már szétszakadnának. A gyorsan forgó törpék átmérője körülbelül a Jupiterével egyezik meg, tömegük viszont mintegy 40-70-szer akkora. A Jupiter körülbelül 10 óra alatt fordul meg a tengelye körül, az eddig ismert legrövidebb periódusú barna törpék 1,4 óra alatt, míg a frissen felfedezett törpék mindössze 1 óra alatt megtesznek egy fordulatot. A számított átmérőjüket figyelembe véve ez azt jelenti, hogy a három objektum közül a legnagyobb elképesztően nagynak számító 100 km/s-os, azaz 360 000 km/h sebességgel foroghat az egyenlítőjén.

A forgási periódusokat a NASA azóta már nyugdíjazott Spitzer űrtávcsövének adataiból mérték ki (a barna törpéket eredetileg a 2001-ig futó földi infravörös felmérés, a 2MASS – Two Micron All Sky Survey – fedezte fel). A szokatlan eredményeket a Gemini North és Magellan földi óriásteleszkópos mérésekkel is megerősítették.

A NASA Spitzer űrteleszkópjával azonosították az eddig ismert három leggyorsabban forgó barna törpét. A barna törpék általában nagyobb tömegűek a bolygóknál, de még nem elég nagyok ahhoz, hogy csillagokká fejlődjenek. (NASA)

Ahogyan a csillagok vagy a bolygók, a barna törpék is már kialakulásuk közben forognak. Lehűlés és összehúzódás közben a kezdeti forgásuk felgyorsul, éppen úgy, ahogyan a jégen forgó korcsolyázó felgyorsul kinyújtott karjait behúzva. Több mint 80 barna törpe forgási periódusát kimérve jutottak arra, hogy egészen 2 óránál kevesebb forgási periódustól akár több 10 óráig is kiterjed a skála.

Ismerve, hogy a forgási sebességek ilyen széles határokon belül változnak, meglepő volt, hogy a három leggyorsabb barna törpének szinte teljesen ugyanannyi a forgási periódusa (kb. egy teljes fordulat óránként). Ezt nem lehet a közös kialakulásnak, vagy azonos fejlődési szintnek tulajdonítani, mert a három törpe fizikailag nagyon eltérő: az egyik egy meleg barna törpe, egy másik hideg, míg a harmadik valahol a kettő között helyezkedik el. Mivel a barna törpék ahogy idősödnek, úgy hűlnek, így a hőmérséklet-különbségekből a törpék eltérő korára lehet következtetni.

A tanulmány szerzői nem tulajdonítják ezt véletlennek, hanem értelmezésük szerint a sebesen forgó törpék elérték azt a maximális forgási sebességet, amin túl már szétszakadnának.

Minden forgó objektumon fellép a centrifugális tehetetlenségi erő, ami túl gyors forgás esetén akár szét is tépheti az égitestet. Ennek bekövetkezése előtt is láthatunk már változásokat: a bolygó ,,kilapul”, vagyis az egyenlítő környékén kidudorodik, ahogyan a fenti animáción is megfigyelhető. (Forrás: NASA/JPL-Caltech)

Minden forgó objektumon centrifugális tehetetlenségi erő lép fel, mely a forgási sebességgel növekszik. Rodeózás közben ettől kirepülhetünk a nyeregből; csillagok és bolygók esetében pedig szétszakadhatnak tőle. Már a szétszakadás előtt is látható jelei vannak az erőhatásnak, a forgás következtében fellépő erők hatására ugyanis az égitest lapult, az egyenlítő környékén kidudorodik (ez látható a fenti animációban is). A Szaturnuszon, illetve a Jupiteren is megfigyelhető a lapultság. A vizsgált barna törpék jellemzőinek ismeretében valószínűleg hasonlóan lapultak lehetnek.

A sebességhatárhoz közelítve

Figyelembe véve, hogy a barna törpék forgása az idő előrehaladtával gyorsul, vajon általános jelenség lenne, hogy a forgási sebességhatárt elérve szétszakadnak? Más forgó kozmikus objektumok, mint például a csillagok esetében fennállnak bizonyos természetes fékező mechanizmusok, amik megakadályozzák a katasztrofális véget. Egyelőre nem tisztázott, hogy léteznek-e hasonló hatások a barna törpéknél is.

A tanulmány vezető szerzőjének, Megan Tannock kutatónak az elmondása szerint elképesztő lenne, ha sikerülne olyan gyorsan forgó barna törpét találni, ami a sebesség következtében ledobja magáról a légkörét. Egyelőre viszont még nem találtak ilyet, így vagy valami lelassítja őket az extrém sebesség elérése előtt, vagy már alapból sem képesek ennyire felgyorsulni. Az új eredmények feltesznek egy potenciális forgási sebességhatárt, de az okát még egyelőre nem tudni.

Általánosan véve a barna törpék körülbelül 13 és 80 Jupiter tömeg közötti tömegűek, a bolygóknál nehezebbek, de még nincs bennük energiatermelő fúzió. A barna törpéből akkor lenne csillag, ha a magjában elég nagyra nőne a nyomás a hidrogénfúzió beindulásához. (Eredeti angol kép forrása: NASA/JPL-Caltech)

Bármilyen objektum minimális forgási periódusát nem csak a teljes tömege, hanem a tömeg eloszlása is meghatározza. Éppen ezért, a rövid forgási periódusokkal a barna törpék belső szerkezetének ismerete is egyre fontosabbá válik: a belső anyag is elmozdulhat, deformálódhat úgy, hogy megváltoztassa az objektum forgási rátáját. A Jupiterhez vagy Szaturnuszhoz hasonlóan a barna törpék is főleg hidrogénből és héliumból épülnek fel, viszont az óriásbolygóknál jelentősen nagyobb a sűrűségük. Jelenlegi elméletek szerint úgy vélik, hogy egy barna törpe hidrogénmagja olyan elképesztő nyomás alatt lehet, hogy inkább fémként viselkedik, mint semleges gázként: szabad elektronok vannak benne, mint például egy vezető fémben. Ez hatással van a törpe belsejében zajló hővezetésre, nagyon gyors forgási sebességeknél pedig az objektum belsejében található anyag eloszlását is befolyásolhatja. A nagyon nagy nyomás alatt levő hidrogén, vagy bármilyen gáz ezen állapota egyelőre kevéssé ismert, mert elképesztően nehéz ilyen körülményeket létrehozni, még a legfejlettebb laboratóriumokban is.

Fizikusok így megfigyelésekkel, laboratóriumi mérésekkel és matematikai modellekkel igyekeznek leírni, hogyan nézhet ki egy barna törpe belseje, illetve hogyan viselkedhet extrém körülmények között. A jelenleg használt modellek szerint a barna törpék még a friss korlátnak látszó 1 óránál akár 50-80%-kal rövidebb periódusokkal is foroghatnának. Elképzelhető, hogy valamilyen eddig ismeretlen fékező mechanizmus lép fel a barna törpék esetében is, ami megakadályozza, hogy katasztrofálisan gyorsan forogjanak.

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás