O telescópio espacial SPHEREx, da NASA, está revelando novos detalhes sobre as atmosferas de anãs marrons, objetos que apresentam características tanto de estrelas quanto de planetas gigantes. Um estudo publicado no The Astrophysical Journal analisou observações de 37 desses objetos próximos e encontrou atmosferas quimicamente complexas, com assinaturas de água, metano, monóxido de carbono e dióxido de carbono.
Os resultados também mostram que anãs marrons com temperaturas semelhantes podem apresentar diferenças significativas em seus espectros, indicando que sua composição química e suas estruturas atmosféricas são mais variadas do que os modelos atuais conseguem reproduzir.
As anãs marrons se formam pelo colapso de nuvens de gás, de maneira semelhante às estrelas. Entretanto, não possuem massa suficiente para manter a fusão estável de hidrogênio em seus núcleos, processo responsável pela principal fonte de energia de estrelas como o Sol. Algumas conseguem realizar a fusão de deutério durante parte de sua evolução, mas não se tornam estrelas comuns.
Embora sejam frequentemente comparadas a Júpiter e Saturno por sua composição e estrutura gasosa, as anãs marrons possuem massas muito maiores. Muitas também existem isoladamente no espaço, sem orbitar uma estrela. Como não dependem da iluminação de uma estrela próxima, a radiação que emitem está associada principalmente ao calor que conservam de sua formação e à sua evolução térmica.
Com o passar do tempo, esses objetos perdem energia e esfriam gradualmente. Por isso, suas temperaturas podem variar bastante. A amostra estudada pelo SPHEREx inclui anãs marrons com temperaturas que vão de aproximadamente 2.200 graus Celsius até cerca de 20 graus Celsius negativos.
Essa grande diferença de temperatura permite investigar como as propriedades atmosféricas mudam ao longo da evolução desses objetos.
Lançado em março de 2025, o SPHEREx foi desenvolvido principalmente para realizar um levantamento espectral de todo o céu. O telescópio observa a luz em 102 faixas de comprimento de onda, desde o vermelho profundo até o infravermelho, permitindo identificar assinaturas químicas em diferentes regiões do espaço.
É justamente essa capacidade que tornou possível o novo estudo.
As moléculas presentes nas atmosferas das anãs marrons absorvem determinados comprimentos de onda da radiação emitida pelas camadas mais profundas e quentes. Quando essa luz é separada em um espectro, aparecem padrões característicos que permitem identificar diferentes substâncias.
Os pesquisadores encontraram assinaturas associadas à água, ao dióxido de carbono, ao monóxido de carbono e ao metano. Essas moléculas também são importantes para compreender as atmosferas dos planetas gigantes do Sistema Solar e de muitos exoplanetas.
A presença dessas substâncias não indica a existência de vida. Trata-se de uma composição química que pode surgir naturalmente em atmosferas gasosas submetidas a diferentes temperaturas e pressões.
O principal interesse está em compreender como a abundância e a distribuição dessas moléculas mudam conforme as anãs marrons esfriam.
Em objetos mais quentes, determinados compostos são favorecidos pelas condições de temperatura e pressão. Conforme a atmosfera esfria, as reações químicas e a formação de nuvens modificam a maneira como a radiação consegue escapar para o espaço.
Uma das fases mais importantes dessa evolução ocorre na transição entre as classes espectrais L e T. Nessa etapa, as nuvens presentes nas atmosferas podem se tornar menos espessas ou modificar sua distribuição, enquanto o metano passa a produzir assinaturas cada vez mais evidentes.
Essas nuvens são muito diferentes das encontradas na Terra. Dependendo das condições atmosféricas, podem envolver partículas condensadas de silicatos e outros materiais capazes de permanecer suspensos nas camadas gasosas.
A mudança na cobertura dessas nuvens altera o brilho observado em diferentes comprimentos de onda. Como resultado, duas anãs marrons com temperaturas semelhantes podem apresentar espectros bastante distintos.
Foi justamente nessa região de transição que os pesquisadores encontraram algumas das maiores dificuldades para reproduzir os dados utilizando modelos teóricos.
A equipe comparou os espectros do SPHEREx com diferentes conjuntos de modelos atmosféricos, incluindo Sonora Diamondback, Elf Owl, BT-Settl e ATMO2020. Embora esses modelos consigam reproduzir tendências gerais da composição química, nenhum deles explicou perfeitamente todas as características observadas.
As discrepâncias foram especialmente relevantes nas regiões do espectro sensíveis ao monóxido e ao dióxido de carbono, além de faixas relacionadas à emissão que atravessa diferentes camadas atmosféricas.
Isso indica que ainda existem limitações na maneira como os modelos representam a formação e a evolução das nuvens, o transporte de energia e a mistura de gases entre diferentes altitudes.
Outro aspecto importante é que o SPHEREx consegue observar comprimentos de onda que são difíceis ou praticamente impossíveis de estudar a partir do solo. A atmosfera terrestre contém vapor de água e outros gases que absorvem parte da radiação infravermelha antes que ela chegue aos telescópios.
No espaço, essa interferência deixa de existir, permitindo obter informações sobre regiões do espectro fundamentais para identificar moléculas presentes nas atmosferas das anãs marrons.
Até agora, observatórios como o Telescópio Espacial James Webb e o antigo Spitzer já haviam permitido estudar detalhadamente alguns desses objetos. A diferença do SPHEREx está na capacidade de realizar observações espectrais de milhares de anãs marrons enquanto mapeia todo o céu.
Essa quantidade de dados poderá permitir comparações entre objetos de diferentes temperaturas, idades e composições, revelando quais características atmosféricas são comuns e quais dependem de condições específicas.
O novo trabalho representa apenas uma parte desse levantamento. Embora a pesquisa tenha analisado algumas dezenas de anãs marrons, o SPHEREx já reuniu observações de milhares de objetos que ainda poderão ser investigados.
Para os pesquisadores, essa amostra maior será essencial para aperfeiçoar os modelos utilizados não apenas no estudo das anãs marrons, mas também na interpretação das atmosferas de planetas gigantes fora do Sistema Solar.
Isso acontece porque anãs marrons e planetas gasosos compartilham diversos processos físicos e químicos. Compreender melhor como nuvens, temperaturas e moléculas afetam os espectros desses objetos pode ajudar os astrônomos a interpretar observações de exoplanetas.
Os resultados mostram que ainda há muito a descobrir sobre atmosferas que, embora possam parecer semelhantes em temperatura, apresentam estruturas e composições bastante diferentes.
Com milhares de novos espectros disponíveis, o SPHEREx deverá ampliar significativamente o conhecimento sobre esses objetos, permitindo investigar como suas atmosferas evoluem e por que anãs marrons aparentemente semelhantes podem apresentar comportamentos tão distintos.
Sobre a Imagem: Ao mapear o céu, o telescópio SPHEREx da NASA está encontrando milhares de anãs marrons escondidas na escuridão. Uma seleção delas é mostrada nesta colagem de observações, listadas por tipo espectral, distância e temperatura em graus Kelvin.