Il telescopio SPHEREx della NASA osserva la collezione di nane brune

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Ilustracja: NASA — Zafar Rustamkulov/NASA/JPL-Caltech

Il telescopio spaziale SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) della NASA sta facendo luce sulle nane marroni, oggetti celesti che sfumano il confine tra stelle ed esopianeti. Nuove scoperte pubblicate su The Astrophysical Journal mostrano che questi mondi oscuri e nuvolosi hanno atmosfere chimicamente ricche non dissimili dai giganteschi pianeti del nostro sistema solare.

Scoperte per la prima volta negli anni '90, le nane brune si formano da nuvole di gas che collassano, come fanno le stelle, ma non sono abbastanza pesanti da sostenere la fusione dell'idrogeno nei loro nuclei. Queste sfere di gas caldo che brillano debolmente condividono anche caratteristiche con Giove e Saturno. A differenza della maggior parte dei pianeti, però, le nane brune derivano nell'oscurità, non governate da una stella ospite e riscaldate interamente dall'interno.

"Sono un po' gotici," ha detto Zafar Rustamkulov, autore principale del nuovo studio e scienziato presso IPAC, il centro scientifico e dati del Caltech a Pasadena, California. "A differenza degli esopianeti, le nane marroni fluttuanti sono oggetti celesti completamente indipendenti che svaniranno in un'eternità da soli. Stiamo ancora imparando quanto siano complesse."

Solo poche decine di questi "dark wanderers" sono stati studiati in dettaglio con telescopi spaziali. Gli astronomi vogliono osservarne di più in natura perché gran parte della nostra comprensione della loro composizione, della loro turbolenza e della loro evoluzione deriva da modelli teorici.

Entra in scena SPHEREx della NASA, un telescopio spaziale a infrarossi lanciato nel marzo 2025 e gestito dal Jet Propulsion Laboratory dell'agenzia nel sud della California.

Gli autori dello studio hanno analizzato osservazioni SPHEREx su 37 nane brune vicine che coprono l'intero intervallo di temperatura delle nane marroni, da circa 4.000 a meno 10 gradi Fahrenheit (2.200 a meno 20 gradi Celsius). Il telescopio misura la loro luminosità in 102 colori diversi, dal rosso più intenso che i nostri occhi possono vedere, al calore invisibile della luce infrarossa, creando uno spettro. Questi spettri hanno rivelato agli autori dello studio atmosfere ricche di sostanze chimiche che ospitano acqua, anidride carbonica, monossido di carbonio e metano.

"Stiamo osservando le firme di queste molecole e come cambiano da oggetto a oggetto durante l'intero regime di temperatura", ha detto il coautore dello studio J. Davy Kirkpatrick, scienziato presso l'IPAC del Caltech. "Il nostro articolo si è concentrato su sole tre dozzine, ma ne abbiamo migliaia di altre che stiamo analizzando. Voglio davvero vedere quali limiti l'universo impone alla varietà di nane brune."

"Dall'orbita, SPHEREx vede lunghezze d'onda di luce che sono praticamente impossibili da vedere con i telescopi a terra perché l'acqua nell'atmosfera terrestre le assorbe," ha detto Rustamkulov. "Stiamo captando luce dalle profonde nuvole rosse di nane marroni in tutto il cielo."

Individuare nane marroni è in qualche modo un progetto secondario per SPHEREx. Il telescopio spaziale impiega circa 3.600 immagini uniche al giorno per essere inserite nelle mappe dell'intero cielo. Sapere dove sono distribuite centinaia di milioni di galassie nel cosmo aiuterà gli scienziati a ricostruire cosa è accaduto nel primo miliardesimo di trilione di trilione di secondo dopo il big bang. Mentre scansiona il cielo, il telescopio cerca anche gli ingredienti chimici della vita e trova ghiaccio interstellare che un giorno potrebbe seminare oceani su mondi lontani.

Per anni, nane brune sono state avvistate da altri osservatori, tra cui il James Webb Space Telescope della NASA e il telescopio spaziale Spitzer in pensione. Ma grazie alla sua copertura spettrale, SPHEREx ne sta ora riprende migliaia per la prima volta in una regione fertile dello spettro elettromagnetico che abbraccia lunghezze d'onda di luce rosso profondo e infrarosso.

A quelle lunghezze d'onda, le molecole scolpiscono distinti schemi di assorbimento nella luce che illumina lo spazio. I modelli cambiano man mano che le nane brune invecchiano e diventano più fredde. Alcune delle nane marroni osservate da SPHEREx si trovano in una fase dinamica della vita in cui le loro nubi esotiche si diradano, lasciando il posto ad atmosfere ricche di metano.

"I modelli all'avanguardia stanno catturando la tendenza chimica generale, ma quando si tratta di queste transizioni nuvole, i modelli faticano a corrispondere ai dati," ha detto Rustamkulov. "Non ci sono due nane brune uguali. Anche alla stessa temperatura, i loro spettri appaiono piuttosto distinti."

"I risultati sono un invito all'azione per esplorare ancora di più questi mondi oscuri," ha detto Kirkpatrick. "Questo viaggio ha trasformato molti di noi in meteorologi accidentali. Sappiamo quanto sia difficile prevedere il tempo sul nostro pianeta, e ci rendiamo conto che sarà altrettanto difficile spiegare i fenomeni che vediamo in questi oggetti bizzarri e freddi."

La missione è gestita dal JPL per la Divisione di Astrofisica della NASA all'interno della Direzione delle Missioni Scientifiche a Washington. Il telescopio e il bus della navicella spaziale sono stati costruiti da BAE Systems. L'analisi scientifica dei dati SPHEREx è condotta da un team di scienziati in 13 istituzioni negli Stati Uniti, in Corea del Sud e Taiwan, guidato da Jamie Bock, investigatore principale, basato al Caltech con una nomina congiunta al JPL, e da Olivier Doré del JPL, lo scienziato del progetto. I dati vengono elaborati e archiviati presso l'IPAC del Caltech a Pasadena. Il Caltech gestisce il JPL per la NASA. Il dataset SPHEREx è disponibile gratuitamente per scienziati e per il pubblico.

Per maggiori informazioni sulla missione SPHEREx visita:

Fonte: NASA · Comunicato originale