NASA je predstavila rezultate raziskave 37 skrivnostnih vesoljskih teles, ki niso ne prave zvezde ne običajni planeti. Teleskop SPHEREx je v njihovih atmosferah zaznal sledi vode, metana in drugih molekul. Znanstvenike pa so posebej presenetile velike razlike med objekti, ki imajo podobne temperature.

Simbolična slika rjave pritlikavke z žarečo atmosfero in vrtinčastimi oblaki. (slika: Dnevne Novice / AI ilustracija)

Skrivnostna vesoljska telesa presenečajo z raznolikimi atmosferami.

Predstavljajte si vesoljsko telo, ki je po velikosti podobno Jupitru, vendar je lahko več desetkrat masivnejše. Ne sveti kot Sonce, ne kroži nujno okoli zvezde in se skozi milijarde let postopoma ohlaja. Takšni objekti niso znanstvena domišljija, temveč rjave pritlikavke, ki jih astronomi raziskujejo že več desetletij. Kljub temu številne podrobnosti njihovih atmosfer ostajajo nepojasnjene.

Ameriška vesoljska agencija NASA je 8. oktobra 2026 predstavila raziskavo, ki razkriva, kako različni so lahko ti nenavadni svetovi. Meritve teleskopa SPHEREx so pokazale, da njihove atmosferske značilnosti niso odvisne samo od temperature. Pomembno vlogo imajo tudi kemični procesi in oblaki, katerih vpliva znanstveniki še ne znajo povsem natančno napovedati.

NASA v atmosferah odkrila štiri pomembne molekule

Astronomi so v spektrih opazovanih rjavih pritlikavk prepoznali značilnosti vodne pare, metana, ogljikovega dioksida in ogljikovega monoksida. Gre za molekule, ki so pomembne tudi pri preučevanju atmosfer velikih plinastih planetov, vendar se njihovi spektralni podpisi med posameznimi objekti precej razlikujejo.

Raziskovalci kemične sestave niso ugotavljali z neposrednim vzorčenjem plinov. Analizirali so svetlobo, ki jo oddajajo rjave pritlikavke. Posamezne molekule absorbirajo določene valovne dolžine, zato v spektru nastanejo prepoznavni vzorci. Na podlagi teh lahko astronomi sklepajo, katere snovi so prisotne in kako se njihove značilnosti spreminjajo med različnimi objekti.

Opazovane rjave pritlikavke zajemajo izjemno širok temperaturni razpon. Najtoplejše dosegajo približno 2.200 stopinj Celzija, najhladnejše pa okoli minus 20 stopinj Celzija. Takšne razlike omogočajo primerjavo atmosfer, v katerih prevladujejo zelo različne fizikalne in kemične razmere.

Posebej zanimive so spremembe, ki spremljajo ohlajanje teh teles. Pri nekaterih postanejo izrazitejši podpisi metana, drugod pa na izmerjeno svetlobo močneje vplivajo oblaki. Prav kombinacija teh dejavnikov astronomom otežuje natančno razlago posameznih spektrov.

Zakaj ta telesa niso ne zvezde ne običajni planeti?

Rjave pritlikavke nastanejo podobno kot zvezde, iz oblakov plina, ki se pod vplivom gravitacije postopoma krčijo. Toda njihova masa je premajhna, da bi se v jedru lahko trajno vzdrževalo zlivanje običajnega vodika v helij. Prav ta jedrski proces omogoča Soncu in drugim zvezdam dolgotrajno oddajanje energije.

Nekatere rjave pritlikavke lahko v zgodnjem obdobju svojega razvoja za omejen čas zlivajo devterij, težjo obliko vodika. To pa ne pomeni, da postanejo običajne zvezde. Ko se toplota, ki izvira iz njihovega nastanka, postopoma sprošča v vesolje, se ohlajajo in oddajajo vse manj energije.

Po velikosti lahko spominjajo na Jupiter, čeprav so bistveno masivnejše. Z velikimi plinastimi planeti imajo skupne nekatere atmosferske lastnosti, vendar se od njih razlikujejo po nastanku in razvoju. Številne tudi prosto potujejo skozi vesolje, ne da bi bile vezane na določeno zvezdo.

Prve rjave pritlikavke so astronomi potrdili v devetdesetih letih prejšnjega stoletja. Od takrat so jih odkrili veliko, toda podrobne meritve njihovih atmosfer so bile dolgo omejene na razmeroma majhno število objektov.

Največje presenečenje se skriva v oblakih

Na Zemlji oblake povezujemo predvsem z vodnimi kapljicami in ledenimi kristali. V vročih atmosferah rjavih pritlikavk pa lahko nastajajo tudi oblaki iz kondenziranih mineralnih snovi. Njihova sestava, debelina in razporeditev vplivajo na to, koliko svetlobe lahko zapusti atmosfero.

Z ohlajanjem rjave pritlikavke se spreminjajo razmere, v katerih takšni oblaki nastajajo in obstajajo. Nekatere oblačne plasti se lahko stanjšajo, zato postanejo v spektru izrazitejše značilnosti molekul, ki so bile prej manj opazne. Astronomi takšne spremembe spremljajo predvsem pri prehodih med posameznimi spektralnimi razredi rjavih pritlikavk.

Raziskovalci so meritve primerjali z več računalniškimi modeli, ki poskušajo napovedati kemično sestavo in sevanje njihovih atmosfer. Modeli razmeroma dobro opisujejo splošne spremembe, povezane s temperaturo, precej težje pa pojasnijo obdobja, ko se spreminja oblačnost.

Vodja raziskave Zafar Rustamkulov iz centra Caltech/IPAC je ob predstavitvi ugotovitev opozoril na izrazite razlike med posameznimi objekti. Tudi rjave pritlikavke z enako temperaturo imajo lahko precej različne spektre. To kaže, da zgolj poznavanje temperature ne zadostuje za natančno napoved njihovih atmosferskih značilnosti.

Voda in metan še ne pomenita, da obstaja življenje

Zaznava vode v oddaljenem vesoljskem telesu pogosto vzbudi zanimanje, vendar je pri razlagi takšnih odkritij potrebna previdnost. V atmosferah rjavih pritlikavk je voda prisotna v obliki pare, kar samo po sebi ne pomeni, da na teh objektih obstajajo oceani ali razmere, primerne za življenje.

Enako velja za metan in ogljikov dioksid. Čeprav sta obe molekuli pomembni tudi pri raziskovanju Zemljinega ozračja, lahko nastajata s povsem neživimi kemičnimi procesi. Njuna prisotnost zato ni dokaz biološke dejavnosti.

Spektralna analiza je kljub temu ena ključnih metod za preučevanje oddaljenih svetov. Astronomi jo uporabljajo tudi pri raziskavah, povezanih z atmosfero planeta, podobnega Zemlji, kjer poskušajo iz izmerjene svetlobe razbrati kemične in fizikalne razmere.

Pri rjavih pritlikavkah je namen tokratne raziskave drugačen. Znanstveniki želijo predvsem ugotoviti, kako se njihova kemična sestava in oblačnost spreminjata z ohlajanjem ter zakaj se nekateri izmerjeni spektri razlikujejo od teoretičnih napovedi.

Kako lahko SPHEREx raziskuje skoraj nevidna telesa?

Vesoljski teleskop SPHEREx je NASA izstrelila marca 2025. Njegova glavna naloga je kartiranje celotnega neba, pri čemer zbira podatke v 102 spektralnih kanalih. Ti segajo od globoko rdečega dela vidne svetlobe do infrardečega območja, ki ga človeško oko ne zazna.

Prav infrardeče sevanje je za raziskovanje rjavih pritlikavk posebej pomembno. Ker so hladnejše od običajnih zvezd, velik del svoje energije oddajajo pri daljših valovnih dolžinah. Teleskop lahko tako zazna njihove značilnosti, ki bi bile pri opazovanju zgolj v vidni svetlobi precej manj izrazite.

Prednost opazovanja iz vesolja je tudi odsotnost motenj, ki jih povzroča Zemljino ozračje. Vodna para v atmosferi našega planeta absorbira del infrardeče svetlobe, zato nekaterih valovnih dolžin zemeljski teleskopi ne morejo učinkovito meriti. SPHEREx lahko zajame tudi ta območja spektra.

Po podatkih Nasinega laboratorija Jet Propulsion Laboratory teleskop dnevno posname približno 3.600 različnih slik, ki jih znanstveniki uporabljajo pri izdelavi zemljevidov neba.

Njegova osrednja znanstvena naloga sicer ni raziskovanje rjavih pritlikavk. SPHEREx preučuje tudi porazdelitev galaksij in medzvezdno snov, vendar med sistematičnim pregledovanjem neba zbira podatke še o številnih drugih objektih. Prav zaradi tega je postal dragocen tudi za astronomе, ki raziskujejo telesa na meji med zvezdami in planeti.

NASA predstavila 37 objektov, znanstvena raziskava pa navaja tudi vzorec 33

Nasina predstavitev rezultatov govori o analizi 37 bližnjih rjavih pritlikavk. V objavljenem znanstvenem članku pa raziskovalci posebej opisujejo osnovno zaporedje 33 običajnih rjavih pritlikavk ter dodatne primerjalne objekte z drugačnimi fizikalnimi značilnostmi.

Razlika med številkama je povezana z načinom predstavitve analiziranih vzorcev. NASA v poljudnoznanstveni objavi uporablja širše število 37, medtem ko povzetek znanstvenega dela posebej opredeljuje osnovni vzorec 33 objektov. Pri razumevanju rezultatov je zato pomembno upoštevati, na kateri del raziskave se posamezna navedba nanaša.

Znanstveno delo z naslovom SPHEREx 0.75–5 μm Spectra for a Sequence of Nearby Brown Dwarfs je bilo objavljeno v reviji The Astrophysical Journal. Med avtorji sta Zafar Rustamkulov in J. Davy Kirkpatrick iz raziskovalnega centra Caltech/IPAC.

Raziskovalci so podatke primerjali z več uveljavljenimi modeli atmosfer, med drugim Sonora Diamondback, Elf Owl, BT-Settl in ATMO2020. Posebej so preverjali, kako dobro posamezni modeli opisujejo različna območja spektra ter vpliv oblakov in kemičnih procesov.

Največja odstopanja so ugotovili pri nekaterih spektralnih značilnostih, povezanih z ogljikovim dioksidom in ogljikovim monoksidom. Modeli so imeli težave tudi pri hkratnem pojasnjevanju več različnih delov spektra, predvsem pri objektih, ki prehajajo med spektralnima razredoma L in T.

Takšne primerjave raziskovalcem pomagajo ugotoviti, katere predpostavke v obstoječih modelih bo treba izboljšati. Natančnejši modeli bodo omogočili zanesljivejše ocene temperatur, kemične sestave in drugih lastnosti rjavih pritlikavk.

Teleskop je že opazoval več tisoč rjavih pritlikavk

Čeprav je bila predstavljena raziskava omejena na nekaj deset objektov, je SPHEREx med pregledovanjem neba zbral podatke o več tisoč rjavih pritlikavkah. Njihova podrobnejša analiza še poteka, zato astronomi pričakujejo precej obsežnejši vpogled v raznolikost teh teles.

Raziskovalec J. Davy Kirkpatrick je ob predstavitvi rezultatov pojasnil, da želijo z nadaljnjimi analizami ugotoviti, kako raznolike so lahko rjave pritlikavke v vesolju. Večji vzorec bo omogočil primerjavo objektov s podobnimi temperaturami, vendar različnimi spektralnimi značilnostmi.

Pri tem ne gre zgolj za povečanje števila opazovanj. Pomembno je tudi, da podatki prihajajo iz istega instrumenta in so pridobljeni na primerljiv način. Tako je lažje ugotoviti, katere razlike izvirajo iz samih vesoljskih teles in katere bi lahko bile posledica različnih opazovalnih metod.

SPHEREx znanstvenikom omogoča še nekaj, kar je bilo pri prejšnjih raziskavah precej težje: sistematično primerjavo objektov v širokem temperaturnem razponu. Prav takšne meritve lahko razkrijejo značilnosti, ki pri podrobnem opazovanju le nekaj izbranih teles ostanejo neopažene.

Kaj imajo rjave pritlikavke skupnega z Jupitrom in Saturnom?

Čeprav rjave pritlikavke nastanejo drugače kot večina planetov, imajo njihove atmosfere določene podobnosti z atmosferami velikih plinastih planetov. Jupiter in Saturn sta prav tako obdana z debelimi plastmi plinov, v katerih potekajo zapleteni kemični in vremenski procesi.

Pri rjavih pritlikavkah lahko astronomi podobne pojave raziskujejo v precej širšem razponu temperatur. Nekatere so izjemno vroče, druge pa so se skozi dolgotrajno ohlajanje približale temperaturam, ki jih poznamo pri hladnejših planetarnih atmosferah.

Takšne primerjave so uporabne tudi pri raziskovanju eksoplanetov. Astronomi pri številnih oddaljenih planetih ne morejo neposredno opazovati površja, zato o njihovih lastnostih sklepajo predvsem iz svetlobe. Oblaki, kemične molekule in temperaturne razlike lahko pri tem pomembno vplivajo na rezultate meritev.

Boljše razumevanje atmosfer rjavih pritlikavk lahko zato pomaga pri razvoju modelov za nekatere velike eksoplanete. Vendar neposredno enačenje teh objektov ni ustrezno, saj se lahko razlikujejo po masi, nastanku in notranjih fizikalnih procesih.

Kaj je NASA z raziskavo dejansko ugotovila?

Najpomembnejši rezultat ni samo zaznava štirih molekul. Astronomi so jih v atmosferah rjavih pritlikavk poznali že pred to raziskavo, vendar jim SPHEREx zdaj omogoča sistematično primerjavo njihovih spektralnih značilnosti pri številnih različnih objektih.

Podatki potrjujejo, da obstoječi modeli dobro opisujejo nekatere splošne kemične spremembe, ne morejo pa vedno natančno napovedati vpliva oblakov in vseh podrobnosti izmerjenega sevanja. Prav pri prehodih med različnimi vrstami rjavih pritlikavk so razlike med teorijo in opazovanji še posebej izrazite.

Naslednje analize bodo zato usmerjene v izboljševanje atmosferskih modelov in preverjanje ugotovitev na večjem številu objektov. Znanstveniki imajo za to že na voljo obsežno zbirko podatkov teleskopa SPHEREx.

Za astronomijo je posebej pomembno, da lahko zdaj iste fizikalne procese primerjajo pri številnih telesih, ki so nastala na podoben način, vendar so se skozi čas razvijala različno. To jim bo pomagalo natančneje pojasniti, kako temperatura, kemična sestava in oblaki skupaj oblikujejo atmosfere teh slabo vidnih vesoljskih svetov.