Ένας φαιός (καφέ) νάνος (ή καστανός νάνος) δεν είναι ούτε πλανήτης ούτε αστέρας. Χαρακτηρίζεται ως υποαστρικό σώμα και αποτελεί κατά κάποιο τρόπο έναν «αποτυχημένο αστέρα». Λόγω της πολύ μικρής του μάζας, η θερμοκρασία και η πίεση στον πυρήνα του δεν είναι αρκετά υψηλές ώστε να ξεκινήσουν ή να διατηρήσουν τις θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Αλλά σε αντίθεση με τους πλανήτες, ακτινοβολεί λίγο μέσω της δικής του θερμότητας. Ένας φαιός νάνος θα μπορούσε για κάποια εποχή να είχε ξεκινήσει αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης, αλλά να μην είχε φτάσει ποτέ σε μια σταθερή κατάσταση, με αποτέλεσμα τελικά να σβήσει. Τα παράξενα αυτά αντικείμενα μπορούν να περιστρέφονται τόσο γρήγορα που σχεδόν τείνουν να διαλύονται...
Συνηθίζουμε να απεικονίζουμε πλανήτες ως σφαίρες. Tο υλικό ενός πλανήτη βρίσκεται σε συνάφεια από τη βαρύτητα, συμπιέζεται και μετατοπίζεται έως ότου η βαρύτητα και η πίεση φτάσουν σε ένα σημείο ισορροπίας γνωστό ως υδροστατική ισορροπία (Hydrostatic equilibrium). Η υδροστατική ισορροπία είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά ενός πλανήτη. Εάν ένας πλανήτης ήταν σταθερός και ομοιόμορφης πυκνότητας, συνεπώς και σε ισορροπία, θα ήταν μια τέλεια σφαίρα. Αλλά οι πλανήτες περιστρέφονται και έτσι ακόμη και οι μεγαλύτεροι πλανήτες δεν είναι μια τέλεια σφαίρα.
Όταν ένας πλανήτης περιστρέφεται, η περιοχή γύρω από τον ισημερινό του κινείται πιο γρήγορα από τις περιοχές που βρίσκονται κοντά στους πόλους. Η βαρύτητα έχει πιο δύσκολο ρόλο να διατηρήσει την ισημερινή ύλη και έτσι ο ισημερινός διογκώνεται ελαφρώς. Προσεκτικές μετρήσεις της Γης, για παράδειγμα, δείχνουν ότι διογκώνεται ελαφρώς. Η διάμετρος της Γης κατά μήκος του ισημερινού είναι περίπου 40 χιλιόμετρα μεγαλύτερη από τη διάμετρο από πόλο σε πόλο. Αλλά αυτό είναι μικρό σε σύγκριση με το συνολικό μέγεθος της Γης, γι' αυτό μοιάζει με μια τέλεια σφαίρα όταν την βλέπει κανείς από το διάστημα.
Ο νάνος πλανήτης Haumea έχει μια γρήγορη περιστροφή που τον ισοπεδώνει. Εικόνα: Stephanie Hoover
Μερικοί πλανήτες περιστρέφονται τόσο γρήγορα ώστε να μπορούμε να βλέπουμε την ισοπέδωση αυτή. Ο Κρόνος είναι ίσως το καλύτερο παράδειγμα του φαινομένου αυτού. Έχει μέση πυκνότητα μικρότερη από το νερό, και η "ημέρα" του είναι μόνο 10 ώρες. Η πιο ακραία περίπτωση στο ηλιακό μας σύστημα είναι πιθανότατα ο νάνος πλανήτης Haumea, ο οποίος περιστρέφεται κάθε 4 ώρες. Δεν έχουμε εικόνες υψηλής ανάλυσης του Haumea, αλλά οι παρατηρήσεις της ποικίλης φωτεινότητας του δείχνουν ότι έχει μια ισημερινή διάμετρο μεγαλύτερη από το διπλάσιο από αυτήν της πολικής του διαμέτρου.
Τα πράγματα γίνονται ενδιαφέροντα καθώς ο πλανήτης είναι πολύ ογκώδης. Ο πλανήτης Δίας, για παράδειγμα, περιστρέφεται λίγο γρηγορότερα από τον Κρόνο αλλά είναι πολύ λιγότερο ισοπεδωμένος. Αυτό συμβαίνει επειδή ο Δίας έχει τρεις φορές τη μάζα του Κρόνου, οπότε η βαρύτητα του Δία μπορεί να συγκρατήσει καλύτερα σε συνοχή την τεράστια μάζα του. Με μεγαλύτερη μάζα έχουμε ισχυρότερη βαρύτητα, οπότε θα σκεφτόσασταν ότι πλανήτες μεγαλύτεροι από τον Δία θα ήταν σφαιρικοί. Αλλά όπως δείχνει μια πρόσφατη μελέτη, αυτό μπορεί να μην είναι πάντα έτσι.
Η μελέτη επικεντρώνεται στους λεγόμενους καφέ (ή φαιούς) νάνους, στους οποίους η μάζα κυμαίνεται μεταξύ των αστεριών και των πλανητών. Ένας καφέ νάνος έχει μάζα μεταξύ περίπου από 13 έως 78 φορές από εκείνη του Δία. Κάτω από 78 μάζες του Δία, ένα σώμα δεν είναι αρκετά μεγάλο για να συντήξει το Υδρογόνο σαν ένα κανονικό αστέρι. Πάνω από 13 μάζες του Δία, ένα σώμα μπορεί να συντήξει λίγο Δευτέριο, οπότε δεν είναι πραγματικά πλανήτης. Από κοντά, οι περισσότεροι καφέ νάνοι θα μοιάζουν με μικρά κοκκινωπά αστέρια, ενώ οι μικρότεροι καφέ νάνοι (γνωστοί ως υ-νάνοι ή y-dwarfs) θα φαίνονται πολύ σαν τον Δία. Παρόλο που είναι πιο μαζικοί από τον Δία, οι νάνοι αυτοί θα είχαν το ίδιο μέγεθος, λίγο πιο πυκνοί λόγω της ισχυρότερης βαρύτητας τους.
Πώς η καμπύλη φωτός ενός πλανήτη μας αποκαλύπτει την περιστροφή του.
Εικόνα: Robert Hurt (IPAC / Caltech)
Οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει περισσότερους από 2.800 καφέ νάνους. Για τους περισσότερους από αυτούς, γνωρίζουμε μόνο τις βασικές τους ιδιότητες, αλλά για 78 από αυτούς, γνωρίζουμε τις περιόδους περιστροφής τους. Μπορούμε να το μετρήσουμε αυτό παρατηρώντας τη διακύμανση της φωτεινότητας του νάνου με την πάροδο του χρόνου. Δεδομένου ότι το νεφικό τους επίπεδο διαθέτει χαρακτηριστικά καιρού όπως ο Δίας, η περιοδικότητα της φωτεινότητας τους μας αποκαλύπτει τον ρυθμό περιστροφής τους. Όταν η ομάδα ανέλυσε τις περιστροφικές περιόδους αυτών των κόσμων, διαπίστωσαν ότι οι μικρότερες περιστροφικές περίοδοι ήταν λίγο πάνω από μία ώρα. Τρεις από τους καφέ νάνους που μελετήθηκαν είχαν περιόδους περίπου μιας ώρας, κάτι που υποδηλώνει ένα ανώτερο όριο.
Μιλάμε για εξαιρετικά μεγάλες ταχύτητες. Αυτό σημαίνει ότι κοντά στον ισημερινό μερικοί από αυτούς τους καφέ νάνους περιστρέφονται με περισσότερα από 100 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο. Εάν υποθέσουμε ότι οι καφέ νάνοι έχουν μια σύνθεση παρόμοια με τον Δία, τότε αυτά τα γρήγορα περιστρεφόμενα σώματα θα είχαν ένα επιπεδοποιημένο σχήμα παρόμοιο με τον Κρόνο, ακόμη και με πολύ μεγαλύτερη επιφανειακή βαρύτητα.
Δεν είναι ξεκάθαρο γιατί η μέγιστη περιστροφή είναι περίπου μία ώρα, αλλά μια ιδέα είναι ότι ο καφέ νάνος θα διαλυθεί εάν περιστραφεί γρηγορότερα. Δεδομένου ότι οι καφέ νάνοι δεν παράγουν θερμότητα μέσω της σύντηξης, ψύχονται σταδιακά καθώς μεγαλώνουν. Με λιγότερη θερμότητα και πίεση, η βαρύτητα τους συμπιέζει πιο σφιχτά, αναγκάζοντάς τους να συρρικνωθούν. Με περισσότερη μάζα πιο κοντά στον άξονα περιστροφής, ο καστανός νάνος περιστρέφεται γρηγορότερα. Έτσι, οι καφέ νάνοι θα μπορούσαν να φθάσουν σε αυτό το ανώτατο όριο με τη πάροδο του χρόνου, και στη συνέχεια να αρχίσουν να διαλύονται καθώς προσπαθούν να περιστραφούν γρηγορότερα.
Είναι μια συναρπαστική ιδέα, αλλά θα χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα παρατήρησης για να την τεστάρουμε. Προς το παρόν, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι ακόμη και μερικά από τα μεγαλύτερα πλανητικά σώματα επιπεδώνουν, πλατειάζουν αν θέλετε τη σφαιρική καμπύλη του σχήματός τους.
Αναφορές: Tannock, Megan E., et al. “Weather on Other Worlds. V. The Three Most Rapidly Rotating Ultra-Cool Dwarfs.” arXiv preprint arXiv:2103.01990 (2021).
Πηγή: universetoday.com