En utilisant les données du télescope spatial Spitzer de la NASA, les scientifiques ont identifié les trois naines brunes les plus rapides jamais trouvées. Plus massive que la plupart des planètes mais pas assez lourde pour s'enflammer comme des étoiles, les naines brunes sont des intermédiaires cosmiques. Et bien qu'elles ne soient pas aussi connues que les étoiles et les planètes pour la plupart des gens, on pense qu'ils se comptent par milliards dans notre galaxie.

Dans une étude publiée dans le Journal astronomique , l'équipe qui a effectué les nouvelles mesures de vitesse soutient que ces trois rotateurs rapides pourraient approcher une limite de vitesse de rotation pour toutes les naines brunes, au-delà duquel ils se sépareraient. Les naines brunes en rotation rapide ont toutes à peu près le même diamètre que Jupiter mais entre 40 et 70 fois plus massives. Ils tournent chacun environ une fois par heure, tandis que les naines brunes les plus rapides connues tournent environ une fois toutes les 1,4 heures et Jupiter tourne une fois toutes les 10 heures. En fonction de leur taille, cela signifie que la plus grande des trois naines brunes tourne à plus de 60 miles par seconde (100 kilomètres par seconde), soit environ 220, 000 milles à l'heure (360, 000 kilomètres par heure).

Les mesures de vitesse ont été faites à partir des données de Spitzer, que la NASA a pris sa retraite en janvier 2020. (Les naines brunes ont été découvertes par le Two Micron All Sky Survey basé au sol, ou 2MASSE, qui a duré jusqu'en 2001.) L'équipe a ensuite corroboré ses découvertes inhabituelles par des observations avec les télescopes au sol Gemini North et Magellan.

naines brunes, comme les étoiles ou les planètes, tournent déjà quand ils se forment. Alors qu'ils se refroidissent et se contractent, ils tournent plus vite, tout comme lorsqu'une patineuse en rotation tire ses bras dans son corps. Les scientifiques ont mesuré les vitesses de rotation d'environ 80 naines brunes, et ils varient de moins de deux heures (y compris les trois nouvelles entrées) à des dizaines d'heures.

Avec tant de variété parmi les vitesses naines brunes déjà mesurées, cela a surpris les auteurs de la nouvelle étude que les trois naines brunes les plus rapides jamais trouvées aient presque exactement la même vitesse de rotation (environ une rotation complète par heure) les unes que les autres. Ceci ne peut être attribué aux naines brunes s'étant formées ensemble ou étant au même stade de leur développement, parce qu'ils sont physiquement différents :l'un est une naine brune chaude, on a froid, et l'autre tombe entre eux. Puisque les naines brunes se refroidissent en vieillissant, les différences de température suggèrent que ces naines brunes ont des âges différents.

Les auteurs n'attribuent pas cela à une coïncidence. Ils pensent que les membres du trio rapide ont tous atteint une limite de vitesse de rotation, au-delà duquel une naine brune pourrait se briser.

Tous les objets en rotation génèrent une force centripète, qui augmente plus l'objet tourne vite. Sur une promenade de carnaval, cette force peut menacer de faire chuter les coureurs de leur siège ; dans les étoiles et les planètes, il peut déchirer l'objet. Avant qu'un objet en rotation ne se brise, il commencera souvent à se gonfler autour de sa section médiane à mesure qu'il se déforme sous la pression. Les scientifiques appellent cette oblation. Saturne, qui tourne une fois toutes les 10 heures comme Jupiter, a une oblation perceptible. Sur la base des caractéristiques connues des naines brunes, ils ont probablement des degrés d'oblation similaires, selon les auteurs de l'article.

Atteindre la limite de vitesse

Considérant que les naines brunes ont tendance à accélérer en vieillissant, ces objets dépassent-ils régulièrement leur vitesse d'essorage et sont-ils déchirés ? Dans d'autres objets cosmiques en rotation, comme des étoiles, il existe des mécanismes de freinage naturels qui les empêchent de s'autodétruire. On ne sait pas encore si des mécanismes similaires existent chez les naines brunes.

"Ce serait assez spectaculaire de trouver une naine brune tournant si vite qu'elle projette son atmosphère dans l'espace, " a déclaré Megan Tannock, un doctorat candidat à l'Université Western à Londres, Ontario, et auteur principal de la nouvelle étude. "Mais si loin, nous n'avons pas trouvé une telle chose. Je pense que cela doit signifier que quelque chose ralentit les naines brunes avant qu'elles n'atteignent cet extrême ou qu'elles ne peuvent pas aller aussi vite en premier lieu. Le résultat de notre article supporte une sorte de limite sur le taux de rotation, mais nous ne sommes pas encore sûrs de la raison."

La vitesse de rotation maximale de tout objet est déterminée non seulement par sa masse totale, mais par la façon dont cette masse est distribuée. C'est pourquoi, lorsqu'il s'agit de vitesses de rotation très rapides, comprendre la structure intérieure d'une naine brune devient de plus en plus important :le matériau à l'intérieur se déplace et se déforme probablement d'une manière qui pourrait changer la vitesse à laquelle l'objet peut tourner. Semblable aux planètes gazeuses telles que Jupiter et Saturne, les naines brunes sont principalement composées d'hydrogène et d'hélium.

Mais elles sont aussi nettement plus denses que la plupart des planètes géantes. Les scientifiques pensent que l'hydrogène dans le noyau d'une naine brune est soumis à des pressions si énormes qu'il commence à se comporter comme un métal plutôt que comme un gaz inerte :il a des électrons conducteurs flottant librement, un peu comme un conducteur en cuivre. Cela change la façon dont la chaleur est conduite à l'intérieur et avec des vitesses d'essorage très rapides, peut également affecter la répartition de la masse à l'intérieur d'un objet astronomique.

"Cet état d'hydrogène, ou tout gaz sous une telle pression extrême, est encore très énigmatique, " dit Stanimir Metchev, co-auteur de l'article et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les planètes extrasolaires à l'Institute for Earth and Space Exploration de l'Université Western. "Il est extrêmement difficile de reproduire cet état de la matière même dans les laboratoires de physique à haute pression les plus avancés."

Les physiciens utilisent des observations, données de laboratoire, et les mathématiques pour créer des modèles de ce à quoi devraient ressembler les intérieurs des naines brunes et comment ils devraient se comporter, même dans des conditions extrêmes. Mais les modèles actuels montrent que la vitesse de rotation maximale de la naine brune devrait être environ 50 % à 80 % plus rapide que la période de rotation d'une heure décrite dans la nouvelle étude.

"Il est possible que ces théories n'aient pas encore une image complète, " a déclaré Metchev. " Certains facteurs non appréciés peuvent entrer en jeu et empêcher la naine brune de tourner plus rapidement. " Des observations supplémentaires et des travaux théoriques pourraient encore révéler s'il existe un mécanisme de freinage qui empêche les naines brunes de s'autodétruire des naines brunes tournaient encore plus vite dans l'obscurité.

Les résultats de l'équipe paraîtront dans un prochain numéro de Le journal astronomique .