天文学家发现自转最快的棕矮星

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天文学家从美国太空总署的史匹哲太空望远镜(Spitzer Space Telescope)获得数据中发现有史以来三颗已知自转速度最快的棕矮星。

天文学家从美国太空总署的史匹哲太空望远镜(Spitzer Space Telescope)获得数据中发现有史以来三颗已知自转速度最快的棕矮星。 棕矮星比大多数行星都大,但质量却不足以像正常恒星一样点燃,它们是宇宙之中介乎行星与恒星的天体。 对于大多数人来说,它们不像恒星和行星那样广为人知,但它们在银河系中的数量已经达到数十亿颗。

这三颗快速自转的棕矮星接近它们的旋转速度极限,超过极限它们就会撕裂瓦解。 这些快速自转褐矮星的直径与木星几乎相同,但质量却高出四十至七十倍。 它们每颗大约每一小时自转一次,而已知第二快的褐矮星大约每1.4小时自转一次,而木星每十小时旋转一次。 根据它们的大小,这意味着三颗褐矮星中最大的一颗以大约每秒一百公里的速度或者大约时速三十六万公里的速度旋转。

棕矮星像恒星或行星一样,在形成时已经会自转。 当它们冷却收缩时,它们自转速度变得更快,就像一个旋转的溜冰运动员将她的手臂缩回她的身体时一样。 天文学家测量了大约八十颗褐矮星自转速度,它们的变化范围从不到两小到几十小时。

在已经测量得到的棕矮星,它们速度变化如此之大的情况下,研究团队感到惊讶是,有史以来发现的三颗最快的棕矮星具有几乎完全相同的自转速度。 这不能归因于褐矮星形成在一起或处于演化的同一阶段,因为它们在物理上不同:一颗是温暖的棕矮星,一颗是冷的棕矮星,另一颗介乎两者之间。 由于棕矮星随着年龄的增长而变凉,因此温度差异显示这些棕矮星的不同年龄。

考虑到棕矮星随着年龄的增长会加速,这些天体是否经常超过它的自转速度极限而撕裂? 在其它旋转的宇宙物体(例如:恒星)中,有自然的制动机制可以阻止它们自我毁灭。 目前尚不清楚棕矮星中是否存在类似的机制。

任何物体的最大旋转速度不仅取决于其总质量,还取决于该质量的分布方式。 这就是为什么当涉及到非常快的自旋速率时,了解褐矮星的内部结构变得越来越重要的原因:内部的物质可能会发生移动和变形,从而改变物体的旋转速度。 与木星和土星等气体行星相似,褐矮星主要由氢和氦组成。

但是它们也比大多数巨型行星都密度大得多。 科学家认为,褐矮星核心中的氢处于如此巨大的压力之下,它开始表现得像金属而不是惰性气体:它具有自由浮动的导电电子,就像铜导体一样。 这改变了热量以非常快的自旋速度通过内部的传导方式,也可能影响天文物体内部质量的分布方式。

但是它们也比大多数巨型行星都密度大得多。 科学家认为,褐矮星核心中的氢处于如此巨大的压力之下,它开始表现得像金属而不是惰性气体:它具有自由浮动的导电电子,就像铜导体一样。 这改变了热量以非常快的自旋速度通过内部的传导方式,也可能影响天文物体内部质量的分布方式。

物理学家利用观测,实验室数据和数学来建立模型,在极端条件下,看看棕矮星内部和外观应如何表现。 但是目前的模型显示,最大的棕矮星自转速度应该比现时发现的一小时自转周期可以快约50%至80%。

不过这些理论可能还没有全面了解,有些未重视的因素可能会发挥作用,而这并不能使棕矮星自转得更快。 进一步的观测和理论研究可能还揭露是否存在某种制动机制,可以阻止棕矮星自我毁灭,以及是否有棕矮星在黑暗的宇宙中,以更快的速度自转。

【图:NOIRLabAstro;文:节译自美国太空总署2021年4月7日新闻公布】研究全文刊登在2021年3月25日 arXiv 论文预印
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