NASAs SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) Weltraumteleskop wirft Licht auf braune Zwerge, Himmelskörper, die die Grenze zwischen Sternen und Exoplaneten verwischen. Neue Erkenntnisse im Astrophysical Journal zeigen, dass diese dunklen und wolkigen Welten chemisch reiche Atmosphären besitzen, ähnlich den riesigen Planeten unseres eigenen Sonnensystems.
Erstmals in den 1990er Jahren entdeckt, entstehen Braune Zwerge aus kollabierenden Gaswolken, wie Sterne, aber sie sind nicht massiv genug, um Wasserstofffusion in ihren Kernen aufrechtzuerhalten. Diese schwach leuchtenden Kugeln aus warmem Gas teilen ebenfalls Eigenschaften mit Jupiter und Saturn. Im Gegensatz zu den meisten Planeten treiben Braunzwerge jedoch in der Dunkelheit, werden von einem Wirtsstern nicht gesteuert und vollständig von innen heraus erhitzt.
"Sie sind irgendwie goth", sagte Zafar Rustamkulov, Hauptautor der neuen Studie und Wissenschaftler am IPAC, dem Wissenschafts- und Rechenzentrum des Caltech in Pasadena, Kalifornien. "Im Gegensatz zu Exoplaneten sind frei schwebende braune Zwerge völlig unabhängige Himmelskörper, die allein in die Ewigkeit verschwinden. Wir lernen noch, wie komplex sie sind."
Nur wenige Dutzend dieser "dunklen Wanderer" wurden im Detail mit weltraumgestützten Teleskopen untersucht. Astronomen wollen mehr von ihnen in freier Wildbahn beobachten, weil ein Großteil unseres Verständnisses über ihre Zusammensetzung, Stürmigkeit und Evolution aus theoretischen Modellen stammt.
Hier kommt NASAs SPHEREx ins Spiel, ein Infrarot-Weltraumteleskop, das im März 2025 gestartet und vom Jet Propulsion Laboratory der Behörde in Südkalifornien verwaltet wird.
Die Autoren der Studie analysierten SPHEREx-Beobachtungen von 37 nahegelegenen braunen Zwergen, die den gesamten Temperaturbereich des braunen Zwergs abdecken, von etwa 4.000 bis minus 10 Grad Fahrenheit (2.200 bis minus 20 Grad Celsius). Das Teleskop misst ihre Helligkeit in 102 verschiedenen Farben, von dem tiefsten Rot, das unsere Augen sehen können, bis zur unsichtbaren Wärme des Infrarotlichts, und erzeugt so ein Spektrum. Diese Spektren offenbarten den Autoren der Studie chemisch reiche Atmosphären mit Wasser, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Methan.
"Wir sehen die Signaturen dieser Moleküle und wie sie sich von Objekt zu Objekt über das gesamte Temperaturregime hinweg verändern", sagte der Mitautor der Studie, J. Davy Kirkpatrick, Wissenschaftler am IPAC des Caltech. "Unsere Arbeit konzentrierte sich auf nur drei Dutzend, aber wir haben Tausende weitere, die wir gerade analysieren. Ich möchte wirklich sehen, welche Grenzen das Universum für die Vielfalt der Braunen Zwerge setzt."
"Von der Umlaufbahn aus sieht SPHEREx Wellenlängen von Licht, die mit Teleskopen am Boden praktisch nicht zu sehen sind, weil das Wasser in der Erdatmosphäre sie absorbiert", sagte Rustamkulov. "Wir nehmen Licht von den tiefen, roten Wolken brauner Zwerge am Himmel auf."
Braune Zwerge zu entdecken ist eine Art Nebenprojekt von SPHEREx. Das Weltraumteleskop macht etwa 3.600 einzigartige Bilder pro Tag, um es in Karten des gesamten Himmels einzufügen. Zu wissen, wo Hunderte Millionen Galaxien im Kosmos verteilt sind, wird Wissenschaftlern helfen, das zu rekonstruieren, was im ersten Billionstel eines Billionstel einer Billionstel Billionstel Sekunde nach dem Urknall geschah. Während es den Himmel abscannt, sucht das Teleskop auch nach den chemischen Zutaten des Lebens und findet interstellare Eis, die eines Tages Ozeane auf fernen Welten aussäen könnten.
Seit Jahren werden Braune Zwerge von anderen Observatorien gesichtet, darunter das James Webb Space Telescope der NASA und das außer Dienst gestellte Spitzer Space Telescope. Doch dank seiner spektralen Abdeckung fotografiert SPHEREx nun erstmals Tausende von ihnen in einem fruchtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der tiefrote und infrarote Lichtwellenlängen umfasst.
Bei diesen Wellenlängen zeichnen Moleküle deutliche Absorptionsmuster im Licht, das ins All scheint. Die Muster verändern sich, wenn Braunzwerge älter und kälter werden. Einige der von SPHEREx beobachteten Braunzwerge befinden sich in einer dynamischen Lebensphase, in der ihre exotischen Wolken dünner werden und methanreiche Atmosphären Platz machen.
"Die modernsten Modelle erfassen den allgemeinen chemischen Trend, aber bei diesen trüben Übergängen haben die Modelle Schwierigkeiten, die Daten abzugleichen", sagte Rustamkulov. "Kein zweier Braunzwerg ist gleich. Selbst bei derselben Temperatur sehen ihre Spektren ziemlich unterschiedlich aus."
"Die Ergebnisse sind ein Aufruf zum Handeln, noch mehr dieser dunklen Welten zu erforschen", sagte Kirkpatrick. "Diese Reise hat viele von uns zu zufälligen Meteorologen gemacht. Wir wissen, wie schwer es ist, das Wetter auf unserem eigenen Planeten vorherzusagen, und wir erkennen, dass es genauso schwierig sein wird, die Phänomene zu erklären, die wir in diesen bizarren, kalten Objekten sehen."
Die Mission wird vom JPL für die Astrophysikabteilung der NASA innerhalb der Science Mission Directorate in Washington geleitet. Das Teleskop und der Raumfahrzeugbus wurden von BAE Systems gebaut. Die wissenschaftliche Analyse der SPHEREx-Daten wird von einem Team von Wissenschaftlern an 13 Institutionen in den Vereinigten Staaten sowie in Südkorea und Taiwan durchgeführt, geleitet von Jamie Bock, Hauptforscher, der am Caltech mit einer gemeinsamen JPL-Ernennung tätig ist, sowie von Olivier Doré vom JPL, dem Projektwissenschaftler. Die Daten werden am IPAC am Caltech in Pasadena verarbeitet und archiviert. Caltech verwaltet JPL für die NASA. Der SPHEREx-Datensatz ist Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit frei zugänglich.
Weitere Informationen zur SPHEREx-Mission finden Sie unter:
Quelle: NASA · Originalmeldung
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