Le télescope SPHEREx a analysé les observations de 37 naines brunes proches, révélant des atmosphères riches en eau, en dioxyde de carbone, en monoxyde de carbone et en méthane. Sa couverture des longueurs d’onde rouges et infrarouges permet d’étudier des milliers de ces objets qui n’avaient pas encore été examinés en détail.
Le télescope spatial SPHEREx de la NASA a révélé des détails chimiques dans les atmosphères des naines brunes, des objets dont les caractéristiques se situent entre celles des étoiles et des planètes géantes. Des résultats publiés dans The Astrophysical Journal ont montré la présence d’eau, de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone et de méthane dans les atmosphères de ces objets, avec des différences nettes d’une naine brune à l’autre.
Les naines brunes se forment par l’effondrement de nuages de gaz comme les étoiles, mais elles ne possèdent pas une masse suffisante pour maintenir la fusion de l’hydrogène dans leur cœur. Elles restent donc des objets chauds et faiblement lumineux, qui ne gravitent pas nécessairement autour d’une étoile et ne dépendent pas d’elle pour obtenir de la chaleur. Elles partagent certaines caractéristiques avec Jupiter et Saturne, mais diffèrent de la plupart des planètes parce qu’elles se déplacent librement dans l’espace.
Des spectres couvrant une large plage de températures
Les chercheurs ont analysé les données de 37 naines brunes proches couvrant une large plage de températures, d’environ 2 200 à moins 20 degrés Celsius. SPHEREx mesure la luminosité des objets dans 102 couleurs différentes, allant du rouge profond visible jusqu’à l’infrarouge invisible, ce qui produit des empreintes spectrales révélant les molécules présentes dans leurs atmosphères.
Ces molécules présentent des motifs d’absorption caractéristiques dans la lumière émise vers l’espace. Les motifs changent avec le vieillissement et le refroidissement de la naine brune. L’équipe a également observé des objets traversant une phase au cours de laquelle leurs nuages denses se dissipent, laissant apparaître des atmosphères plus riches en méthane.
Qu’apporte SPHEREx ?
Seul un nombre limité de naines brunes a été étudié en détail à l’aide de télescopes spatiaux. SPHEREx, lancé en mars 2025, bénéficie d’une couverture spectrale qui permet d’en imager des milliers dans les bandes de lumière rouge profonde et infrarouge, des bandes difficiles à observer depuis la Terre, car l’atmosphère absorbe certaines de leurs longueurs d’onde.
Ce travail constitue une mission secondaire dans le cadre du relevé complet du ciel réalisé par le télescope. SPHEREx capture environ 3 600 images uniques par jour afin de dresser des cartes du ciel, en plus de ses objectifs principaux liés à la répartition des galaxies, à l’histoire de l’Univers primordial et à la recherche des composants chimiques de la vie et de la glace interstellaire.
Intérêt et limites scientifiques
Les résultats montrent que les modèles actuels parviennent à représenter les tendances chimiques générales, mais qu’ils peinent encore à reproduire les données pendant les phases de transition des nuages. La différence entre les spectres d’objets ayant des températures proches indique que la compréhension de la météo et de l’évolution chimique des naines brunes reste incomplète.
L’analyse des premières dizaines d’objets marque le début d’un programme plus vaste, les scientifiques travaillant à l’étude de milliers d’objets supplémentaires. Les données de SPHEREx sont accessibles gratuitement aux scientifiques et au public, ce qui élargit la base des recherches possibles sur les atmosphères exotiques d’objets qui ressemblent aux planètes géantes, mais qui ne sont pas liés à une étoile hôte.