O telescópio espacial SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer), da NASA, está lançando luz sobre as anãs marrons, objetos celestes que confundem a fronteira entre estrelas e exoplanetas. Novas descobertas publicadas no The Astrophysical Journal mostram que esses mundos escuros e cobertos de nuvens têm atmosferas quimicamente ricas, não muito diferentes das dos planetas gigantes 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, assim como as estrelas, mas não têm massa suficiente para sustentar a fusão do hidrogênio em seus núcleos. Essas esferas de gás quente que brilham fracamente também compartilham características com Júpiter e Saturno. Ao contrário da maioria dos planetas, porém, as anãs marrons vagam na escuridão, sem serem governadas por uma estrela hospedeira e aquecidas inteiramente por dentro.
“Elas são meio góticas”, 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, as anãs marrons que flutuam livremente são objetos celestes completamente independentes, que desaparecerão sozinhos na eternidade. Ainda estamos aprendendo quão complexas elas são.”
Apenas algumas dezenas dessas “andarilhas escuras” foram estudadas em detalhes com telescópios espaciais. Os astrônomos querem observar mais delas em seu ambiente natural porque boa parte do que entendemos sobre sua composição, atividade de tempestades 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 Jet Propulsion Laboratory da agência no sul da Califórnia.
Os autores do estudo analisaram observações do SPHEREx de 37 anãs marrons próximas, abrangendo toda a faixa de temperaturas das anãs marrons, de cerca de 4.000 a menos 10 graus Fahrenheit (2.200 a menos 20 graus Celsius). O telescópio mede o brilho delas em 102 cores diferentes, do vermelho mais intenso que nossos olhos conseguem ver ao 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 um objeto para outro em todo o regime de temperaturas”, disse o coautor do estudo J. Davy Kirkpatrick, cientista do IPAC do Caltech. “Nosso artigo se concentrou em apenas três dezenas, mas temos milhares de outras que estamos analisando. Quero muito ver quais limites o universo impõe à variedade de anãs marrons.”
“De sua órbita, o SPHEREx observa comprimentos de onda da luz que são basicamente impossíveis de ver com telescópios em solo, porque a água na atmosfera da Terra os absorve”, disse Rustamkulov. “Estamos captando luz das nuvens profundas e vermelhas das anãs marrons em todo o céu.”
Identificar anãs marrons é uma espécie de projeto secundário para o SPHEREx. O telescópio espacial obtém cerca de 3.600 imagens únicas por dia para reuni-las 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 varre o céu, o telescópio também procura os ingredientes químicos da vida e encontra gelo interestelar que um dia poderá semear oceanos em mundos distantes.
Durante anos, as anãs marrons foram observadas por outros observatórios, incluindo o James Webb Space Telescope e o aposentado Spitzer Space Telescope, da NASA. Mas, graças à sua cobertura espectral, o SPHEREx agora está obtendo imagens de milhares delas pela primeira vez em uma região produtiva do espectro eletromagnético que abrange comprimentos de onda da luz entre o vermelho profundo e o infravermelho.
Nesses comprimentos de onda, as moléculas criam padrões distintos de absorção na luz que se propaga para o espaço. Os padrões mudam à medida que as anãs marrons envelhecem e esfriam. Algumas das anãs marrons observadas pelo SPHEREx estão em uma fase dinâmica da vida, na qual suas nuvens exóticas ficam mais finas, dando lugar a atmosferas ricas em metano.
“Os modelos de última geração estão capturando a tendência química geral, mas, quando se trata dessas transições nas nuvens, os modelos estão tendo dificuldade para corresponder aos dados”, disse Rustamkulov. “Não existem duas anãs marrons iguais. Mesmo à mesma temperatura, seus espectros têm aparências bastante distintas.”
“As descobertas são um chamado à ação para explorar ainda mais esses mundos escuros”, disse Kirkpatrick. “Essa jornada transformou muitos de nós em meteorologistas acidentais. Sabemos como é difícil prever o clima em nosso próprio planeta e percebemos que será igualmente desafiador explicar os fenômenos que observamos nesses objetos frios e bizarros.”
Mais sobre o SPHEREx
A missão é gerenciada pelo JPL para a Divisão de Astrofísica da NASA, dentro da Science Mission Directorate, em Washington. O telescópio e o módulo de serviço da nave espacial foram construídos pela BAE Systems. A análise científica dos dados do SPHEREx é realizada por uma equipe de cientistas de 13 instituições nos Estados Unidos, na Coreia do Sul e em Taiwan, liderada por Jamie Bock, investigador principal, que está baseado no Caltech e tem uma nomeação conjunta no JPL, e por Olivier Doré, do JPL, cientista do projeto. Os dados são processados e arquivados no IPAC, no Caltech, em Pasadena. O Caltech gerencia o JPL para a NASA. O conjunto de dados do SPHEREx está disponível gratuitamente para cientistas e para o público.
Para mais informações sobre a missão SPHEREx, visite:
https://science.nasa.gov/mission/spherex/
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