天文|如果这些棕矮星转得更快,他们会把自己撕裂的


天文|如果这些棕矮星转得更快,他们会把自己撕裂的
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
天文学家发现了三颗棕矮星 , 它们比行星大 , 但不如恒星大 , 是目前已知自转速度最快的 。 这些棕矮星旋转的速度快得令人眼花缭乱 , 大约每小时旋转一次 。
这是一个很惊人的数字 。 这样想吧:它们的大小和木星差不多 , 但我们太阳系中的那颗巨大的行星每10小时自转一周 。 这些物体的自转速度要比木星快十倍 。

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或者这样想:站在地球的赤道上 , 你会体验到由于地球自转速度约为每小时1700公里而产生的横向速度 。 站在其中一颗棕矮星的赤道上 , 你的移动速度大概是每小时375,000公里!
令人惊讶!事实上 , 它们旋转得如此之快 , 以至于向外的离心力几乎等于向内的引力 。 换句话说 , 如果它们旋转得更快 , 它们真的会飞得四分五裂 。

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我很喜欢这个惊人的现象 。
棕矮星是令人着迷的物体 。 它们有时被称为“失败的恒星” , 我认为这是不公平的(谁能说它们不是真正成功的行星呢?) 。 它们像恒星一样形成 , 从星际气体和尘埃云中坍塌 , 但没有获得足够的质量来在其核心产生持续的核聚变(这就是恒星的定义) 。 它们最初形成时是热的 , 随着时间的推移慢慢冷却 。

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一般说来 , 它们的质量范围大约是木星质量的13-75倍;任何质量低于木星的质量都更像行星 , 任何质量更大的都是恒星 。 然而 , 奇怪的是 , 一种物理学的异象使它们变得相当小 。 如果你给像木星这样的物体增加质量 , 它不会变大 , 而是变得更密集 。 因此 , 一颗巨大的棕矮星只比木星大 , 但比木星重得多 , 这使得它们的平均密度比铁还要大!所以说这些棕矮星非常奇怪 。

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在某些方面 , 它们看起来像行星 , 在它们的高层大气中可能会有风暴 。 这些都可能是显眼的特征 , 当棕矮星旋转时 , 我们可以看到它进进出出于我们的视野中 。 现在 , 棕矮星离我们太远了 , 除了望远镜中的圆点外 , 我们看不到其他任何东西 , 但当一个亮点旋转进入视野时 , 我们看到矮星变得更亮 , 然后随着风暴旋转到远处 , 矮星又变暗了 。 因此 , 通过监测它们的亮度 , 我们可以确定它们的自转速度 。
当然 , 事情并没有那么简单 。 如果矮星两侧有两场风暴怎么办?如果我们认为它们是一场风暴 , 我们就会错误地计算出比实际速度快两倍的转速 。
为了验证这一点 , 天文学家拍摄了棕矮星的光谱 。 这会将光线分解成单独的波长(可以把它们想象成颜色) 。 大气中的一些原子和分子以非常特殊的颜色吸收和发射光 , 这些光在光谱中表现为一个凸起的光点或一个狭窄的凹陷 。

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如果棕矮星快速旋转 , 这些特征就会由于多普勒效应而被抹去 , 也就是当物体靠近或远离我们时 , 光线会在波长上发生一点移动 。 当一个物体旋转时 , 它的一部分朝我们移动 , 另一部分移开 , 所以总体效果是拓宽了波长上的光谱特征 。
天文学家使用斯皮策太空望远镜检查了25颗亮棕色矮星 , 以寻找它们的各种属性 。 其中三个显示了惊人的旋转速度 。 如果想在家里就跟踪到它们 , 其名字分别是2MASS J04070752+1546457、2MASS J12195156+3128497和2MASS J03480772?6022270 。 但天文学家发现 , 棕矮星的自转周期(棕矮星的“天数”)分别为1.23、1.14和1.08小时 。
之前的记录是1.41小时 , 所以这些棕矮星是新的胜者 。
要注意的是 , 以公里/小时为单位测量的转速实际上可能更高!这个数字在一定程度上取决于它们相对于我们的倾斜程度;如果我们看到它们的极点更多 , 它们的实际速度甚至更高 。

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由于它们的高旋转速度 , 它们离被自己撕裂还有多远?这就更难知道了 。 这取决于它们的质量和半径;它们越大 , 在给定的速度下产生的外力就越大 , 但它们的质量越大 , 它们的引力就越大 , 将身体拉向中心的难度就越大 , 从而抵消了旋转 。 尽管如此 , 科学家们发现 , 它们的旋转速度似乎只有分离所需速度的一半左右 。 太令人印象深刻了 。
事实上 , 当他们观察已知的棕矮星的自转速率时 , 似乎有一群棕矮星在这个最高速率附近 。 这可能是因为旋转较快的行星实际上确实会丢失物质 , 这会减缓它们的旋转速度 。 所以这可能是我们所见过的最快的褐矮星旋转 。
另一个影响是 , 旋转的物体会在赤道变得扁平 , 就像有人坐在沙滩球上一样 。 在木星和土星上可以很容易地看到这一点 , 事实上 , 由于自转 , 土星是太阳系中最扁平的物体;它穿过两极的体积大约比穿过赤道的体积小10% 。 通过计算 , 天文学家发现棕矮星大约被压平了5-8% 。

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同样 , 令人印象深刻的是 , 考虑到它们的表面引力大约是地球的100倍 。 如果它们不旋转 , 站在赤道上我会重达7吨以上!但由于它们的旋转 , 我只能感觉到我的重量比现在略多一点(嗯 , 远低于7吨) 。 可能是两倍 , 所以还不错 。
那么 , 它们为什么旋转得如此之快呢?有可能它们出生时旋转速度很快 , 因为物质落到这些物体上 , 它们就会生长 , 从而增加它们的自转 。 也许在自转比例的这一端的行星与其他物体(其他棕矮星或行星)相撞并吸收了旋转它们的物体 。 很难说得清楚为什么 。
第一批棕矮星是在20世纪90年代才被发现的 , 我们仍在了解它们的基本性质 。 这反映在它们仍然可以给我们带来惊喜的事实上!我希望还有更多这样的惊喜等着我们去发现 。 在科学界 , 这通常是科学家们下注的方式 。
BY: syfy
FY: 罗导
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