O telescópio espacial SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) da NASA está a lançar luz sobre as anãs castanhas, objetos celestes que desafiam a fronteira entre estrelas e exoplanetas. Novas descobertas publicadas na revista The Astrophysical Journal revelam que estes mundos escuros e nublados possuem 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 castanhas formam-se a partir do colapso de nuvens de gás, tal como as estrelas, mas não são suficientemente massivas para sustentar a fusão de hidrogénio nos seus núcleos. Estas esferas de gás quente, que brilham tenuemente, também partilham características com Júpiter e Saturno. Contudo, ao contrário da maioria dos planetas, as anãs castanhas vagueiam na escuridão, sem serem governadas por uma estrela hospedeira e aquecidas inteiramente a partir do seu interior.

"São uma espécie de góticos", afirmou Zafar Rustamkulov, autor principal do novo estudo e cientista do IPAC, o centro de ciência e dados do Caltech em Pasadena, Califórnia, EUA. "Ao contrário dos exoplanetas, as anãs castanhas que flutuam livremente são objetos celestes completamente independentes que desaparecerão sozinhas na eternidade. Ainda estamos a aprender o quão complexas elas são".

Apenas algumas dezenas destas "vagabundas sombrias" foram estudadas em pormenor com telescópios espaciais. Os astrónomos pretendem observar mais exemplares no seu ambiente natural, uma vez que grande parte do nosso conhecimento sobre a sua composição, condições atmosféricas e evolução provém de modelos teóricos.

É aqui que entra o SPHEREx da NASA, um telescópio espacial infravermelho lançado em março de 2025 e gerido pelo JPL da agência, no sul da Califórnia.

Os autores do estudo analisaram as observações do SPHEREx relativas a 37 anãs castanhas próximas, abrangendo toda a gama de temperaturas das anãs castanhas, desde cerca de 2200 a -20 graus Celsius. O telescópio mede o seu brilho em 102 cores diferentes, desde o vermelho mais profundo que os nossos olhos conseguem ver até ao calor invisível da luz infravermelha, criando um espetro. Estes espetros revelaram aos autores do estudo atmosferas quimicamente ricas que contêm água, dióxido de carbono, monóxido de carbono e metano.

"Estamos a observar as assinaturas destas moléculas e a forma como variam de objeto para objeto ao longo de todo o regime de temperaturas", afirmou o coautor do estudo, J. Davy Kirkpatrick, cientista do IPAC da Caltech. "O nosso artigo científico centrou-se em apenas três dúzias, mas temos milhares mais que estamos a analisar. Quero mesmo ver quais são os limites que o Universo impõe à variedade de anãs castanhas".

"A partir de órbita, o SPHEREx deteta comprimentos de onda de luz que são basicamente impossíveis de observar com telescópios terrestres, porque a água na atmosfera da Terra os absorve", afirmou Rustamkulov. "Estamos a captar luz proveniente das nuvens vermelhas e profundas das anãs castanhas espalhadas por todo o céu".

Graças à sua cobertura espetral, o SPHEREx da NASA está a revelar moléculas como o metano (CH4), o dióxido de carbono (CO2) e o monóxido de carbono (CO) nas atmosferas das anãs castanhas. À esquerda, vê-se a imagem captada pelo telescópio de três anãs castanhas diferentes; as representações à direita imaginam-nas como mundos semelhantes a Júpiter. Crédito: Zafar Rustamkulov/Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA, M.H. Wong (Universidade da Califórnia em Berkeley) et al; reconhecimento - M. Zamani

Um ponto ideal

A deteção de anãs castanhas é, de certa forma, um projeto secundário para o SPHEREx. O telescópio espacial capta cerca de 3600 imagens únicas por dia, que são depois combinadas para criar mapas de todo o céu. Saber onde se encontram distribuídas centenas de milhões de galáxias pelo cosmos ajudará os cientistas a reconstruir o que aconteceu no primeiríssimo instante (bilionésimo de segundo) após o Big Bang. À medida que varre o céu, o telescópio também procura os ingredientes químicos da vida e encontra gelo interestelar que poderá, um dia, dar origem a oceanos em mundos distantes.

Há anos que as anãs castanhas têm sido detetadas por outros observatórios, incluindo o Telescópio Espacial James Webb da NASA e o já aposentado Telescópio Espacial Spitzer. Mas, graças à sua cobertura espetral, o SPHEREx está agora a captar imagens de milhares delas pela primeira vez numa região promissora do espetro eletromagnético que abrange comprimentos de onda no vermelho profundo e no infravermelho.

Nesses comprimentos de onda, as moléculas criam padrões de absorção distintos na luz que brilha para o espaço. Os padrões mudam à medida que as anãs castanhas envelhecem e ficam mais frias. Algumas das anãs castanhas observadas pelo SPHEREx encontram-se numa fase dinâmica da sua vida, em que as suas nuvens exóticas se tornam mais raras, dando lugar a atmosferas ricas em metano.

"Os modelos mais avançados estão a captar a tendência química geral, mas quando se trata destas transições nebulosas, os modelos têm dificuldade em corresponder aos dados", afirmou Rustamkulov. "Não há duas anãs castanhas iguais. Mesmo à mesma temperatura, os seus espetros parecem bastante distintos".

"Estas descobertas são um apelo à ação para explorarmos ainda mais estes mundos escuros", afirmou Kirkpatrick. "Esta jornada transformou muitos de nós em meteorologistas acidentais. Sabemos como é difícil prever o tempo no nosso próprio planeta e percebemos que será igualmente desafiante explicar os fenómenos que observamos nestes objetos bizarros e frios".

// NASA (comunicado de imprensa)
// Caltech (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Anãs castanhas:
Wikipedia

SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer):
JPL/NASA
Caltech
Wikipedia