Observatoř SPHEREx studovala mimo jiné hnědé trpaslíky

Kosmický teleskop NASA s názvem SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) vrhá nové světlo na hnědé trpaslíky, nebeské objekty, které stírají hranici mezi hvězdami a exoplanetami. Nové poznatky publikované v časopise The Astrophysical Journal ukazují, že tyto temné a oblačné světy mají chemicky bohatou atmosféru, podobně jako obří planety ve Sluneční soustavě.

Hnědí trpaslíci, poprvé objevení v 90. letech 20. století, vznikají z kolabujících oblaků plynu, podobně jako hvězdy, ale nejsou dostatečně těžcí, aby ve svých jádrech udrželi fúzi vodíku. Tyto slabě zářící koule teplého plynu sdílejí vlastnosti s Jupiterem a Saturnem. Na rozdíl od většiny planet se však hnědí trpaslíci pohybují ve tmě, nekontrolovaní hostitelskou hvězdou a zcela zahřívaní zevnitř.

„Jsou tak trochu ‚nevychovaní‘,“ řekl Zafar Rustamkulov, hlavní autor nové studie a vědec z IPAC – Caltech’s science and data center in Pasadena, California. „Na rozdíl od exoplanet jsou volně se pohybující hnědí trpaslíci zcela nezávislými nebeskými tělesy, která osamoceně zaniknou v daleké budoucnosti. Stále teprve poznáváme, jak jsou složití.“

Podrobně bylo pomocí vesmírných teleskopů prozkoumáno jen několik desítek těchto „temných poutníků“. Astronomové chtějí pozorovat více těchto objektů přímo „v terénu“, protože značná část našich znalostí o jejich složení, bouřlivé aktivitě a vývoji vychází z teoretických modelů.

Zde přichází na scénu SPHEREx – infračervený vesmírný teleskop, který byl vypuštěn v březnu 2025 a jehož provoz zajišťuje Jet Propulsion Laboratory in Southern California.

Autoři studie analyzovali data z pozorování 37 blízkých hnědých trpaslíků pořízená teleskopem SPHEREx. Tyto objekty pokrývaly celé teplotní spektrum hnědých trpaslíků, od přibližně 2 200 °C až po -20 °C. Teleskop měří jejich jas ve 102 různých barvách – od nejtmavší červené viditelné lidským okem až po neviditelné tepelné infračervené záření – a vytváří tak spektrum. Tato spektra odhalila, že hnědí trpaslíci mají chemicky bohaté atmosféry obsahující vodu, oxid uhličitý, oxid uhelnatý a metan.

„Pozorujeme spektrální charakteristiky těchto molekul a sledujeme, jak se mění u jednotlivých objektů napříč celým teplotním spektrem,“ uvedl spoluautor studie J. Davy Kirkpatrick, vědec z centra IPAC při Kalifornském technologickém institutu (Caltech). „Naše studie se zaměřila pouze na tři tucty těchto objektů, ale máme k dispozici tisíce dalších, které právě analyzujeme. Jsem velmi zvědavý, jaká omezení vesmír klade na rozmanitost hnědých trpaslíků.“

„Z oběžné dráhy zachycuje SPHEREx vlnové délky světla, které jsou pro pozemské teleskopy prakticky neviditelné, protože je pohlcuje vodní pára v zemské atmosféře,“ řekl Rustamkulov. „Zachycujeme světlo přicházející z hlubokých, rudých mračen hnědých trpaslíků rozesetých po celé obloze.“

Ideální příležitost
Vyhledávání hnědých trpaslíků představuje pro misi SPHEREx spíše vedlejší úkol. Tento vesmírný teleskop denně pořídí přibližně 3 600 unikátních snímků, z nichž se následně sestavují mapy celé oblohy. Znalost rozmístění stovek milionů galaxií ve vesmíru pomůže vědcům zrekonstruovat děje, k nimž došlo v první miliardtině biliontiny biliontiny sekundy po Velkém třesku. Teleskop při snímání oblohy zároveň pátrá po chemických stavebních kamenech života a objevuje mezihvězdný led, který by jednoho dne mohl naplnit oceány na vzdálených světech.

Hnědí trpaslíci byli po léta detekováni i jinými observatořemi, včetně Vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) a již vyřazeného Spitzerova vesmírného dalekohledu. Díky svému spektrálnímu pokrytí však nyní SPHEREx poprvé snímkuje tisíce těchto objektů v oblasti elektromagnetického spektra, která zahrnuje vlnové délky od tmavě červené až po infračervenou část spektra.

Na těchto vlnových délkách vytvářejí molekuly ve světle vyzařovaném do vesmíru charakteristické absorpční vzorce. Tyto vzorce se mění v závislosti na tom, jak hnědí trpaslíci stárnou a chladnou. Někteří hnědí trpaslíci pozorovaní teleskopem SPHEREx se nacházejí v dynamické fázi vývoje, kdy jejich exotická oblaka řídnou a uvolňují prostor atmosférám bohatým na metan.

„Nejmodernější modely sice zachycují obecný chemický trend, ale pokud jde o tyto přechody spojené s oblačností, mají potíže se shodovat s naměřenými daty,“ uvedl Rustamkulov. „Žádní dva hnědí trpaslíci nejsou stejní. I při stejné teplotě vypadají jejich spektra zcela odlišně.“

„Tyto poznatky jsou výzvou k tomu, abychom dále zkoumali tyto temné světy,“ uvedl Kirkpatrick. „Tato cesta z mnohých z nás učinila tak trochu meteorology. Víme, jak obtížné je předpovídat počasí na naší vlastní planetě, a uvědomujeme si, že stejně náročné bude vysvětlit jevy, které pozorujeme u těchto bizarních, chladných objektů.“

Zdroj: https://www.nasa.gov/missions/spherex/nasas-spherex-telescope-sees-menagerie-of-brown-dwarfs/

autor: František Martinek