O telescópio espacial SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization e Ice Explorer) da NASA está lançando luz sobre anãs marrons, objetos celestes que borram a linha entre estrelas e exoplanetas. Novas descobertas publicadas no The Astrophysical Journal mostram que esses mundos escuros e nublados possuem atmosferas quimicamente ricas, semelhantes às gigantes de planetas do nosso próprio sistema solar.
Descobertas pela primeira vez na década de 1990, as anãs marrons se formam a partir do colapso de nuvens de gás, como as estrelas, mas não são pesadas o suficiente para sustentar a fusão de hidrogênio em seus núcleos. Essas bolas de gás quente que brilham fracamente também compartilham características com Júpiter e Saturno. Em contraste com a maioria dos planetas, porém, anãs marrons flutuam na escuridão, não controladas por uma estrela hospedeira e aquecidas inteiramente de dentro.
“Eles são meio góticos”, disse Zafar Rustamkulov, autor principal do novo estudo e cientista do IPAC, centro de ciência e dados do Caltech em Pasadena, Califórnia. “Ao contrário dos exoplanetas, anãs marrons flutuantes são objetos celestes completamente independentes que desaparecerão para a eternidade sozinhos. Ainda estamos aprendendo o quão complexos eles são.”
Apenas algumas dezenas desses “dark wanderers” foram estudados em detalhes com telescópios espaciais. Os astrônomos querem observar mais deles na natureza porque grande parte do nosso entendimento sobre sua constituição, tempestade e evolução vem de modelos teóricos.
Entra em cena o SPHEREx da NASA, um telescópio espacial infravermelho lançado em março de 2025 e gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato da agência, no sul da Califórnia.
Os autores do estudo analisaram observações SPHEREx de 37 anãs marrons próximas, abrangendo toda a faixa de temperatura da anã marrom, de cerca de 4.000 a menos 10 graus Fahrenheit (2.200 a menos 20 graus Celsius). O telescópio mede seu brilho em 102 cores diferentes, desde o vermelho mais profundo que nossos olhos podem ver, até o calor invisível da luz infravermelha, criando um espectro. Esses espectros revelaram aos autores do estudo atmosferas quimicamente ricas contendo água, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano.
“Estamos observando as assinaturas dessas moléculas e como elas mudam de objeto para objeto ao longo de todo o regime de temperatura”, disse o coautor do estudo J. Davy Kirkpatrick, cientista do IPAC do Caltech. “Nosso artigo se concentrou em apenas três dúzias, mas temos milhares de outros que estamos analisando. Eu realmente quero ver quais limites o universo impõe à variedade de anãs marrons.”
“A partir da órbita, o SPHEREx vê comprimentos de onda de luz que são basicamente impossíveis de ver com telescópios no solo porque a água na atmosfera terrestre os absorve”, disse Rustamkulov. “Estamos captando luz das nuvens profundas e vermelhas de anãs marrons espalhadas pelo céu.”
Ponto ideal
Identificar anãs marrons é uma espécie de projeto paralelo para a SPHEREx. O telescópio espacial tira cerca de 3.600 imagens únicas por dia para serem encaixadas em mapas de todo o céu. Saber onde centenas de milhões de galáxias estão distribuídas pelo cosmos ajudará os cientistas a reconstruir o que aconteceu no primeiro bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo após o big bang. Enquanto escaneia o céu, o telescópio também busca os ingredientes químicos da vida e encontra gelo interestelar que um dia poderia semear oceanos em mundos distantes.
Por anos, anãs marrons foram avistadas por outros observatórios, incluindo o Telescópio Espacial James Webb da NASA e o telescópio espacial Spitzer aposentado. Mas, graças à sua cobertura espectral, o SPHEREx agora está registrando milhares deles pela primeira vez em uma região produtiva do espectro eletromagnético que abrange comprimentos de onda profundos da luz vermelha e infravermelha.
Graças à sua cobertura espectral, o SPHEREx da NASA está revelando moléculas como metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) e monóxido de carbono (CO) em atmosferas anãs marrons. A visão do telescópio de três anãs marrons diferentes aparece à esquerda; as representações à direita os imaginam como mundos semelhantes a Júpiter.
Zafar Rustamkulov/International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. Wong (UC Berkeley) et al. Agradecimentos: M. Zamani
Nesses comprimentos de onda, as moléculas esculpem padrões de absorção distintos na luz que ilumina o espaço. Os padrões mudam à medida que anãs marrons envelhecem e ficam mais frias. Algumas das anãs marrons observadas pelo SPHEREx estão em um estágio dinâmico de vida quando suas nuvens exóticas se afinam, dando lugar a atmosferas ricas em metano.
“Os modelos de ponta estão capturando a tendência química geral, mas quando se trata dessas transições turvas, os modelos estão tendo dificuldades para corresponder aos dados”, disse Rustamkulov. “Nenhuma anã marrom é igual. Mesmo na mesma temperatura, seus espectros parecem bem distintos.”
“As descobertas são um chamado à ação para explorar ainda mais desses mundos sombrios”, disse Kirkpatrick. “Essa jornada transformou muitos de nós em meteorologistas acidentais. Sabemos o quão difícil é prever o tempo em nosso próprio planeta, e sabemos que será igualmente desafiador explicar os fenômenos que vemos nesses objetos bizarros e frios.”
Mais sobre o SPHEREx
A missão é gerenciada pelo JPL para a Divisão de Astrofísica da NASA dentro da Diretoria de Missões Científicas em Washington. O telescópio e o barramento da espaçonave foram construídos pela BAE Systems. A análise científica dos dados do SPHEREx está sendo conduzida por uma equipe de cientistas em 13 instituições nos Estados Unidos, Coreia do Sul e Taiwan, liderada por Jamie Bock, investigador principal, baseado no Caltech com uma nomeação conjunta no JPL, e por Olivier Doré do JPL, cientista do projeto. Os dados são processados e arquivados no IPAC do Caltech em Pasadena. O Caltech gerencia o JPL para a NASA. O conjunto de dados SPHEREx está disponível gratuitamente para cientistas e para o público.
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