Das SPHEREx-Teleskop analysierte Beobachtungen von 37 nahe gelegenen Braunen Zwergen und entdeckte wasser-, kohlenstoffdioxid-, kohlenmonoxid- und methanreiche Atmosphären. Seine Abdeckung roter und infraroter Wellenlängen ermöglicht die Untersuchung von Tausenden dieser Objekte, die zuvor nicht im Detail untersucht wurden.
Das SPHEREx-Weltraumteleskop der NASA hat chemische Details in den Atmosphären Brauner Zwerge enthüllt – Objekte, deren Eigenschaften zwischen denen von Sternen und Riesenplaneten liegen. Die in The Astrophysical Journal veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass in den Atmosphären dieser Objekte Wasser, Kohlenstoffdioxid, Kohlenmonoxid und Methan vorkommen, wobei deutliche Unterschiede zwischen einzelnen Braunen Zwergen bestehen.
Braune Zwerge entstehen durch den Kollaps von Gaswolken wie Sterne, besitzen jedoch nicht genügend Masse, damit die Wasserstofffusion in ihren Kernen dauerhaft anhält. Daher bleiben sie warme, lichtschwache Objekte, die nicht unbedingt einen Stern umkreisen und für ihre Wärme nicht von ihm abhängig sind. In einigen Eigenschaften ähneln sie Jupiter und Saturn, unterscheiden sich jedoch von den meisten Planeten dadurch, dass sie sich frei durch den Weltraum bewegen.
Spektren decken einen weiten Temperaturbereich ab
Die Forschenden analysierten Daten von 37 nahe gelegenen Braunen Zwergen, die einen breiten Temperaturbereich abdecken – von etwa 2200 bis minus 20 Grad Celsius. SPHEREx misst die Helligkeit der Objekte in 102 verschiedenen Farben, die beim tiefen sichtbaren Rot beginnen und bis in den unsichtbaren Infrarotbereich reichen. Dadurch entstehen spektrale Fingerabdrücke, die die in ihren Atmosphären vorhandenen Moleküle sichtbar machen.
Diese Moleküle zeigen charakteristische Absorptionsmuster im ins All abgegebenen Licht. Die Muster verändern sich, wenn der Braune Zwerg altert und seine Temperatur sinkt. Das Team beobachtete außerdem Objekte, die eine Phase durchlaufen, in der ihre dichten Wolken zurückgehen und methanreichere Atmosphären sichtbar werden.
Was fügt SPHEREx hinzu?
Nur eine begrenzte Zahl Brauner Zwerge wurde bisher mithilfe von Weltraumteleskopen im Detail untersucht. SPHEREx, das im März 2025 gestartet wurde, verfügt dagegen über eine spektrale Abdeckung, die die Aufnahme von Tausenden dieser Objekte in Bereichen des tiefen roten Lichts und des Infrarots ermöglicht. Diese Wellenlängen sind vom Boden aus schwer zu beobachten, weil die Atmosphäre einen Teil davon absorbiert.
Diese Arbeit ist eine Nebenaufgabe im Rahmen der umfassenden Himmelsdurchmusterung des Teleskops. SPHEREx nimmt täglich etwa 3600 einzigartige Bilder auf, um Himmelskarten zu erstellen, und verfolgt daneben seine Hauptziele: die Untersuchung der Verteilung von Galaxien, der Geschichte des frühen Universums sowie die Suche nach den chemischen Bestandteilen des Lebens und nach Eis zwischen den Sternen.
Wissenschaftlicher Nutzen und Grenzen
Die Ergebnisse zeigen, dass die derzeitigen Modelle die allgemeinen chemischen Trends erfolgreich darstellen, aber weiterhin Schwierigkeiten haben, die Daten während der Übergangsphasen der Wolken nachzubilden. Die unterschiedlichen Spektren von Objekten mit ähnlichen Temperaturen weisen darauf hin, dass das Verständnis des Wetters und der chemischen Entwicklung Brauner Zwerge noch unvollständig ist.
Die Analyse der ersten Dutzenden Objekte bildet den Beginn eines umfassenderen Programms; die Wissenschaftler arbeiten daran, Tausende weitere Objekte zu untersuchen. Die SPHEREx-Daten stehen Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit kostenlos zur Verfügung und erweitern damit die Grundlage für mögliche Forschungen zu den ungewöhnlichen Atmosphären von Objekten, die Riesenplaneten ähneln, jedoch nicht an einen Mutterstern gebunden sind.