Le atmosfere delle nane brune risultano più varie di quanto riescano a descrivere i modelli attuali. Analizzando 37 oggetti vicini, il telescopio spaziale SPHEREx della NASA ha rilevato firme di acqua, anidride carbonica, monossido di carbonio e metano lungo l'intero intervallo di temperature della classe.
Le nane brune si formano in modo simile alle stelle ma non raggiungono una massa sufficiente per sostenere stabilmente la fusione dell'idrogeno. Con il tempo si raffreddano e si indeboliscono, collocandosi per proprietà fisiche tra le stelle più piccole e i pianeti giganti.
Il campione copre temperature da circa 2.200 gradi Celsius fino a meno 20. SPHEREx misura la luminosità in 102 bande, dal rosso più profondo visibile all'occhio umano fino all'infrarosso assorbito dall'atmosfera terrestre e quindi difficile da osservare dal suolo.
Ogni molecola sottrae luce a lunghezze d'onda caratteristiche e lascia nello spettro una firma riconoscibile. Confrontando queste impronte, i ricercatori possono seguire come cambiano composizione e nuvole mentre una nana bruna invecchia e si raffredda.
La tendenza generale è compatibile con le previsioni, ma la transizione tra atmosfere nuvolose e ricche di metano crea discrepanze. Anche oggetti con temperature simili mostrano spettri distinti, segnale che massa, gravità, età e dinamica delle nuvole possono produrre combinazioni differenti.
Lo studio iniziale riguarda poche decine di corpi, mentre SPHEREx ne sta osservando migliaia. L'aumento del campione permetterà di stabilire quanto siano comuni le differenze rilevate e quali parametri debbano essere aggiunti o corretti nei modelli atmosferici.
Il lavoro sulle nane brune è un risultato parallelo della missione. Il telescopio realizza circa 3.600 immagini uniche al giorno per costruire mappe dell'intero cielo, studiare la distribuzione di centinaia di milioni di galassie e cercare ghiacci interstellari legati agli ingredienti della vita.
Comprendere questi oggetti aiuta anche lo studio degli esopianeti giganti, perché temperature e chimica possono essere simili. La differenza è che le nane brune isolate non sono sommerse dalla luce di una stella vicina e offrono quindi atmosfere più accessibili alla spettroscopia.