L’analisi di 37 nane brune attraverso la spettroscopia infrarossa ha evidenziato differenze nelle caratteristiche delle loro atmosfere che gli attuali modelli teorici non riescono ancora a descrivere completamente. È uno dei risultati dello studio dedicato a SPHEREx e le nane brune, condotto attraverso le osservazioni del telescopio spaziale della NASA e pubblicato su The Astrophysical Journal. La ricerca dimostra come le capacità spettroscopiche della missione possano contribuire a verificare i modelli atmosferici attraverso il confronto sistematico di oggetti celesti con proprietà differenti.
La ricerca rappresenta un’applicazione significativa delle capacità osservative della missione, lanciata nel marzo 2025 e gestita dal Jet Propulsion Laboratory (JPL). Attraverso misurazioni della luminosità in 102 diverse bande spettrali, SPHEREx permette di riconoscere le tracce di specifiche molecole nella radiazione proveniente dalle nane brune, offrendo informazioni sulla composizione delle loro atmosfere.
Tra le sostanze individuate figurano acqua, anidride carbonica, monossido di carbonio e metano. La loro presenza, e soprattutto le variazioni osservate tra oggetti con caratteristiche differenti, forniscono nuovi elementi per verificare i modelli utilizzati dagli astronomi per descrivere l’evoluzione atmosferica delle nane brune.
SPHEREx e le nane brune: come la spettroscopia infrarossa analizza le atmosfere
Le nane brune si formano attraverso il collasso di nubi di gas, analogamente alle stelle, ma non raggiungono una massa sufficiente a sostenere stabilmente la fusione dell’idrogeno nel nucleo. Presentano inoltre alcune caratteristiche simili a quelle dei pianeti giganti del Sistema solare, come Giove e Saturno.
La loro osservazione è complessa perché emettono una radiazione relativamente debole, legata al calore interno. Con il progressivo raffreddamento, una parte importante della loro emissione si concentra nelle lunghezze d’onda infrarosse.
È proprio in questa regione dello spettro elettromagnetico che emerge il contributo tecnologico di SPHEREx, acronimo di Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer.
Il telescopio misura la luminosità degli oggetti celesti in 102 bande spettrali, dal rosso più profondo percepibile dall’occhio umano fino alle lunghezze d’onda infrarosse. L’insieme delle misurazioni consente di ricostruire uno spettro, nel quale le molecole atmosferiche producono caratteristiche firme di assorbimento.
Queste informazioni permettono agli astronomi di riconoscere differenti componenti chimiche senza dover osservare direttamente la struttura fisica dell’atmosfera.
Un vantaggio determinante deriva dalla collocazione orbitale dello strumento. Alcune lunghezze d’onda utilizzate da SPHEREx risultano infatti difficilmente accessibili ai telescopi terrestri, perché il vapore acqueo presente nell’atmosfera della Terra assorbe parte della radiazione infrarossa.
Operando nello spazio, il telescopio può raccogliere segnali che dalla superficie terrestre sarebbero fortemente attenuati, ampliando le possibilità di analisi spettroscopica.
La ricerca ha preso in esame 37 nane brune vicine, con temperature comprese approssimativamente tra 2.200 e -20 gradi Celsius. L’ampiezza dell’intervallo consente di confrontare atmosfere in condizioni fisiche molto differenti, osservando come cambiano le firme molecolari durante il raffreddamento di questi oggetti.
I ricercatori hanno riscontrato differenze spettrali anche tra nane brune con temperature simili. I modelli teorici riproducono le tendenze chimiche generali, ma non descrivono ancora adeguatamente alcune transizioni associate all’evoluzione delle nubi atmosferiche.
Questo confronto tra osservazioni e simulazioni costituisce uno degli aspetti più rilevanti dello studio: la disponibilità di dati spettroscopici su oggetti differenti permette di individuare con maggiore precisione i limiti delle rappresentazioni teoriche.
Dalle 37 nane brune a migliaia di osservazioni: il contributo della mappatura del cielo
Il risultato assume particolare rilievo considerando che lo studio delle nane brune non rappresenta l’obiettivo principale della missione.
SPHEREx è stato sviluppato per realizzare osservazioni spettroscopiche dell’intero cielo, contribuendo allo studio della distribuzione delle galassie e alla ricerca di materiali ghiacciati nello spazio interstellare.
Il telescopio acquisisce circa 3.600 immagini distinte al giorno, destinate alla costruzione delle mappe celesti. Questa strategia osservativa consente di raccogliere informazioni su numerose categorie di oggetti astronomici, comprese le nane brune individuate durante le scansioni.
La capacità di combinare ampia copertura del cielo e misurazioni spettrali costituisce una delle caratteristiche distintive della missione.
Osservatori come il James Webb Space Telescope e il precedente Spitzer Space Telescope hanno già contribuito allo studio delle nane brune. SPHEREx introduce però una modalità complementare di osservazione, basata sulla raccolta sistematica di dati in una regione dello spettro particolarmente utile per identificare molecole atmosferiche.
Il nuovo studio riguarda soltanto una parte degli oggetti osservati. Secondo quanto comunicato dal JPL, i ricercatori stanno infatti analizzando i dati relativi a migliaia di altre nane brune.
L’ampliamento del campione potrebbe consentire confronti più estesi tra composizione chimica, temperatura e caratteristiche atmosferiche, contribuendo a distinguere i comportamenti comuni dalle peculiarità dei singoli oggetti.
Dal punto di vista tecnologico, il caso delle nane brune evidenzia anche il valore delle missioni capaci di produrre dati utilizzabili per obiettivi scientifici differenti da quelli prioritari.
La stessa infrastruttura osservativa impiegata per studiare la struttura dell’universo e la distribuzione di materiali interstellari può infatti alimentare ricerche dedicate alla fisica delle atmosfere.
A sostenere questa possibilità contribuisce anche l’organizzazione della gestione scientifica dei dati. La missione è coordinata dal JPL per la NASA, mentre il telescopio e la piattaforma spaziale sono stati realizzati da BAE Systems. L’elaborazione e l’archiviazione dei dati avvengono presso IPAC, il centro scientifico del California Institute of Technology (Caltech).
Il patrimonio di dati della missione è liberamente accessibile alla comunità scientifica e al pubblico, mentre i ricercatori stanno proseguendo l’analisi delle osservazioni relative a migliaia di altre nane brune.
Per SPHEREx, l’analisi delle nane brune rappresenta una dimostrazione concreta della versatilità della spettroscopia infrarossa applicata alle osservazioni spaziali. Il passaggio da alcune decine di oggetti studiati a un campione potenzialmente molto più ampio potrà fornire una base osservativa più solida per comprendere la diversità delle atmosfere e verificare l’affidabilità dei modelli scientifici.
La possibilità di confrontare dati spettroscopici raccolti sistematicamente su numerosi oggetti costituisce il principale contributo tecnologico della missione a questo ambito di ricerca. Le osservazioni di SPHEREx permettono infatti di esaminare le differenze atmosferiche su una scala più ampia, offrendo nuovi elementi per verificare i modelli che descrivono le proprietà fisiche e chimiche delle nane brune.
Fonte dati: NASA – Jet Propulsion Laboratory
Michelangelo Moles laureato magistrale in Corporate Communication e Media è specializzato nei temi della space economy e della blue economy, con particolare attenzione agli aspetti legati all’innovazione, alla comunicazione strategica e alla divulgazione dei nuovi modelli economici connessi al mare e allo spazio.
Nel corso degli anni ha acquisito una forte capacità di strutturare informazioni, notizie e approfondimenti sui principali comparti dell’economia dello spazio e dell’economia del mare: satelliti, telecomunicazioni, osservazione della Terra, space tech, portualità, logistica, innovazione marittima, sostenibilità, tecnologie dual use e interconnessioni tra settore aerospaziale e blue economy.
