Se identifica un trío de enanas marrones cuya velocidad de giro puede revelar límites en las velocidades de rotación

Cuanto más rápido gira una enana marrón, más estrechas probablemente se vuelven las bandas atmosféricas de diferentes colores, como se muestra en esta ilustración. Algunas enanas marrones brillan con luz visible, pero normalmente son más brillantes en longitudes de onda infrarrojas, que son más largas de lo que pueden detectar los ojos humanos.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Las enanas marrones, a veces conocidas como “estrellas fallidas”, pueden girar a más de 320.000 km/h, pero puede haber un límite en la velocidad a la que pueden moverse.

Gracias a los datos obtenidos del Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, los científicos han identificado a las tres enanas marrones que giran más rápido de todas las detectadas hasta el momento. Estos cuerpos son más masivos que la mayoría de los planetas, pero no lo suficientemente pesados como para encenderse como estrellas, las enanas marrones son intermedias cósmicas. Y aunque no son tan conocidas como las estrellas y los planetas para la mayoría de las personas, se cree que existen miles de millones en nuestra galaxia.

En un estudio que aparece en el Astronomical Journal, el equipo que realizó las nuevas mediciones de velocidad argumenta que estas tres muestras podrían estar acercándose a un límite de velocidad de giro, más allá del cual se romperían. Las enanas marrones que giran rápidamente tienen aproximadamente el mismo diámetro que Júpiter, pero son entre 40 y 70 veces más masivas. Cada una da una giro completo en torno a una vez por hora, mientras que las siguientes enanas marrones conocidas más rápidas giran aproximadamente una vez cada 1,4 horas; Júpiter gira una vez cada 10 horas. Esta relación en función de su tamaño implica que la más grande de las tres enanas marrones gira a más de 100 kilómetros por segundo (unos 360.000 kilómetros por hora).

Las mediciones de velocidad se realizaron utilizando datos de Spitzer, retirado desde enero de 2020 (las enanas marrones fueron descubiertas por el Two Micron All Sky Survey, o 2MASS, que funcionó hasta 2001). El equipo corroboró sus hallazgos realizando observaciones con los telescopios terrestres Gemini North y Magellan.

El Telescopio Espacial Spitzer de la NASA, ha identificado la enana marrón que gira más rápido conocida hasta la fecha. Las enanas marrones son generalmente más masivas que los planetas, pero no lo suficiente como para convertirse en estrellas. Estos intermedios cósmicos abundan en toda la galaxia, pero quedan muchos misterios sobre ellos.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Las enanas marrones, como las estrellas o los planetas, comienzan a girar durante su formación. A medida que se enfrían y se contraen, giran más rápido, como cuando una patinadora sobre hielo que gira atrae sus brazos hacia su cuerpo. Los científicos han medido las velocidades de giro de unas 80 enanas marrones, y varían desde menos de dos horas (incluidas las tres nuevas encontradas) hasta decenas de horas.

Con tanta variedad entre las velocidades de las enanas marrones, lo que sorprendió a los autores del nuevo estudio fue que las tres enanas marrones más rápidas, tienen casi la misma velocidad de giro entre sí. Esto no se puede atribuir a que las enanas marrones se hayan formado juntas o estén en la misma etapa de su desarrollo, porque son físicamente diferentes: una es una enana marrón cálida, otra es fría y la otra templada. Dado que las enanas marrones se enfrían a medida que envejecen, las diferencias de temperatura sugieren que estas enanas marrones tienen diferentes edades.

Los autores no creen que sea una coincidencia. Opinan que los miembros del veloz trío han alcanzado un límite en la velocidad de giro, más allá del cual, una enana marrón podría romperse.

Todos los objetos giratorios generan fuerza centrípeta, que aumenta cuanto más rápido gira el objeto. En un carrusel de un parque de atracciones, esta fuerza podría amenazar con arrojar a los pasajeros de sus asientos; en el caso de estrellas y planetas, esta fuerza podría destrozar estos cuerpos. Antes de que un objeto giratorio se rompa, comenzaría a hincharse en su zona ecuatorial, deformándose debido a la presión. Los científicos llaman a esto oblación. Saturno, que gira una vez cada 10 horas al igual que Júpiter, tiene una oblación perceptible. Según los autores del estudio, teniendo en cuenta las características conocidas de las enanas marrones, es probable que tengan grados similares de oblación.

Todos los objetos que giran, desde carruseles hasta planetas, generan fuerza centrípeta. Si un planeta gira demasiado rápido, esa fuerza puede destrozarlo. Antes de que eso suceda, el planeta experimentará un “aplanamiento” o abultamiento alrededor de su sección media, como se ve en esta ilustración de una enana marrón, Júpiter y Saturno.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

Alcanzando el límite de velocidad

Teniendo en cuenta que las enanas marrones tienden a acelerar a medida que envejecen, ¿estos objetos exceden su límite de velocidad de giro hasta romperse? En otros objetos cósmicos en rotación, como las estrellas, existen mecanismos de frenado naturales que evitan que se destruyan a sí mismos. Aún no está claro si existen mecanismos similares en las enanas marrones.

“Sería bastante espectacular encontrar una enana marrón girando tan rápido que lanzara su atmósfera al espacio”, dijo Megan Tannock, candidata a doctora de la Western University en London, Ontario y autora principal del nuevo estudio. “Pero hasta ahora, no hemos encontrado tal cosa. Creo que eso debe significar que algo está frenando a las enanas marrones antes de que lleguen a ese extremo o que, en principio, no pueden hacerlo tan rápido. El resultado de nuestro artículo implica algún tipo de límite en la tasa de rotación, pero aún no estamos seguros del motivo”.

Las enanas marrones son más masivas que la mayoría de los planetas, pero no tanto como las estrellas. En general, tienen entre 13 y 80 veces la masa de Júpiter. Una enana marrón se convierte en estrella si la presión de su núcleo aumentara lo suficiente como para iniciar la fusión nuclear.
Créditos: NASA / JPL-Caltech.

La velocidad máxima de giro de cualquier objeto está determinada no solo por su masa total, sino también por cómo se distribuye esa masa. Por eso, cuando se trata de velocidades de giro muy rápidas, comprender la estructura interior de una enana marrón se vuelve cada vez más importante: es probable que el material en el interior se mueva y se deforme de modo que podrían cambiar la rapidez con la que puede girar. Al igual que los planetas gaseosos como Júpiter y Saturno, las enanas marrones están compuestas principalmente de hidrógeno y helio.

Pero también son significativamente más densos que la mayoría de los planetas gigantes. Los científicos piensan que el hidrógeno en el núcleo de una enana marrón está bajo presiones tan fuertes que comienza a comportarse como un metal en lugar de un gas inerte: tiene electrones conductores que flotan libremente, como un conductor de cobre. Esto cambia la forma en que se conduce el calor a través del interior y, a velocidades de giro muy rápidas, también puede afectar la forma en que se distribuye la masa dentro del objeto astronómico.

“Este estado del hidrógeno, o de cualquier gas bajo una presión tan extrema, es todavía muy enigmático”, dijo Stanimir Metchev, coautor del artículo y presidente del Canada Research in Extrasolar Planets en el Institute for Earth and Space Exploration de la Western University. “Es extremadamente difícil reproducir este estado de la materia incluso en los laboratorios más avanzados de física de alta presión”.

Los físicos utilizan observaciones, datos de laboratorio y matemáticas para crear modelos de cómo deberían verse los interiores de las enanas marrones y cómo deberían comportarse, incluso en condiciones extremas. Pero los modelos actuales muestran que la velocidad máxima de giro de una enana marrón debería estar entre un 50% y un 80% más rápido que el período de rotación de una hora descrito en el nuevo estudio.

“Es posible que estas teorías aún no tengan el contexto completo”, dijo Metchev. “Es posible que entre en juego algún factor no valorado que no permita que la enana marrón gire más rápido”.

Observaciones adicionales y el trabajo teórico aún pueden revelar si existe algún mecanismo de frenado que impida que las enanas marrones se autodestruyan y si existen enanas marrones que giren aún más rápido en la oscuridad del cosmos.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, una división de Caltech, gestionó las operaciones de la misión Spitzer para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Las operaciones científicas se llevaron a cabo en el Centro de Ciencias Spitzer en IPAC en Caltech. Las operaciones de la nave espacial se establecieron en Lockheed Martin Space en Littleton, Colorado. El archivo de datos de Spitzer se encuentra en el Archivo de Ciencia Infrarroja en IPAC en Caltech en Pasadena, California. El Observatorio internacional Géminis es un programa del NOIRLab de la Fundación Nacional de Ciencias.