Quanto rapida può essere la rotazione delle nane brune?

Tre oggetti appena scoperti sembrano vicini alla soglia di lacerazione

Venticinque anni fa, nel 1995, veniva scoperta Teide 1, la prima nana bruna all’interno delle Pleiadi. A differenza dei pianeti, per tale ricorrenza non ci sono state celebrazioni pur essendo corpi celesti altrettanto interessanti e con fenomenologie sorprendenti.

Trattandosi spesso di oggetti isolati e ben distanti da eventuali stelle compagne, “le stelle mancate” possono essere studiate nel dettaglio sino a rivelarne direttamente alcune caratteristiche fisiche. Le dimensioni delle nane brune, a prescindere dalla loro massa (compresa tra 13 e 65 masse gioviane), sono sempre poco superiori a quelle del gigante del Sistema solare cui assomigliano, almeno quelle più fredde.

A conferma della loro intrigante natura, recenti osservazioni dimostrano che questi oggetti manifestano sovente una struttura atmosferica a bande latitudinali, la presenza di correnti a getto, nubi a varie altezze e una propria meteorologia. In sostanza, sono quanto di più simile ci sia a un pianeta gigante gassoso e il loro studio può far luce sulle condizioni presenti sugli esopianeti più massicci. Al pari di Giove e Saturno, le nane brune ruotano sul proprio asse e lo fanno altrettanto velocemente in poche ore.

Utilizzando i dati del dismesso Telescopio Spaziale Spitzer della Nasa, ora gli scienziati hanno identificato tre nane brune con rotazione da record, tanto da avvicinarsi al limite di lacerazione. Le tre sorgenti erano state scoperte dal Two Micron All Sky Survey (2MASS), svoltosi nell’ormai lontano 2001 attraverso i telescopi Gemini North e Magellan. Denominate 2MASSJ0407+1546, 2MASSJ1219+3128 e 2MASSJ0348−6022, esibiscono rotazioni di circa un’ora, rispettivamente di 1.080, 1.14 e 1.23, equivalenti a circa 360.000 km/h: delle vere trottole!

Come mai una rotazione così veloce?

La rotazione è un fenomeno insito nel processo di accrescimento di stelle, pianeti e ovviamente nane brune. Mentre le stelle la mantengono pressoché costante, anche dopo l’accensione delle reazioni nucleari, i pianeti invece si raffreddano e tendono a contrarsi. Per la legge di conservazione del momento angolare, al diminuire del raggio aumenta la velocità di rotazione. In un certo senso, il tempo di rotazione è un indice di quanto un oggetto si sia ristretto in seguito al raffreddamento subito dal momento della sua formazione. I giganti gassosi erano indubbiamente più caldi ed espansi in origine. Le nane brune, dopo la breve fase transitoria in cui avvengono alcune reazioni, seguono lo stesso corso dei pianeti gassosi. Avendo masse ben maggiori, nel contrarsi sino alle dimensioni tipiche poco più che gioviane, acquistano un’alta velocità di rotazione, sino ai casi limite scoperti.

Gli scienziati hanno misurato le velocità di rotazione in un’ottantina di nane brune, riscontrando velocità tra meno di due (comprese quelle appena scoperte) e alcune decine di ore, a prescindere dal tipo. Le tre nuove rotatrici veloci, infatti, manifestano tempi di rotazione molto simili ma fisicamente sono molto diverse tra loro: una è calda, una è fredda e l’altra è di temperatura intermedia. Questo suggerisce età diverse per i tre oggetti.

Sorprende, tuttavia, che la velocità assunta dalle tre nane brune sia ormai prossima a quella di rottura. La forte forza centripeta rende questi oggetti molto schiacciati ai poli (oblazione) e la gravità potrebbe non essere più sufficiente a tenerli insieme se, con successivo raffreddamento e riduzione del raggio, dovessero ruotare ancora più velocemente. Tutte le nane brune dovrebbero esibire una certa oblazione in base al tempo di rotazione. Poiché la rotazione è indice dell’età, il destino ultimo delle nane brune è di finire lacerate dalla forza centripeta?

In altri oggetti cosmici rotanti, come le stelle, ci sono meccanismi naturali di frenatura che inibiscono la rottura, ma non è chiaro se gli stessi agiscano anche sulle nane brune. La velocità di rotazione massima di qualsiasi oggetto è determinata dalla massa totale e da come sia distribuita. Nelle rotazioni molto rapide delle nane brune, la struttura interna potrebbe essere rilevante, quindi la deformazione può influire sulla rotazione. Le nane brune sono inoltre composte principalmente da idrogeno ed elio e gli scienziati pensano che l’idrogeno nel nucleo sia sottoposto a pressioni talmente elevate da comportarsi come un metallo. Ciò cambia il modo in cui il calore viene trasferito nel suo interno nonché la distribuzione di massa.

Lo stato dell’idrogeno metallico è alquanto enigmatico nonché difficile da riprodurre in laboratorio, perciò molto resta da capire sul suo comportamento e come agisca sulla struttura dei pianeti giganti. I fisici provano a capirlo affidandosi a modelli e simulazioni e da esse è emerso che la velocità di rotazione massima per una nana bruna dovrebbe essere dal 50 all’80% più veloce rispetto al periodo di rotazione di un’ora descritto nello studio. Tuttavia siamo ancora nel dominio delle ipotesi e forse, a un certo stadio evolutivo, è probabile che interverga un qualche fattore che impedisca alle nane brune di ruotare più velocemente e di preservarne l’integrità.

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