Les astronomes ont repéré cinq objets qui chevauchent la ligne entre les étoiles et les planètes, les exemples les plus récents d’un groupe rare et énigmatique de corps célestes connus sous le nom de naines brunes.
Les naines brunes sont souvent appelées «étoiles ratées», car elles n’ont pas assez de masse pour s’enflammer. Mais au cours des dernières décennies, les chercheurs se sont demandé s’il y avait plus à être une naine brune que d’avoir un peu moins de poids qu’une étoile. En constituant une importante collection de corps qui remettent en question les définitions simplistes, les astronomes espèrent mieux comprendre toutes les permutations étranges de la matière que l’univers peut leur lancer.
«Il s’agit de répondre à des questions plus larges», explique Nolan Grieves, astronome à l’Université de Genève en Suisse et auteur principal de la nouvelle recherche. « Quels types de systèmes stellaires différents existe-t-il ? Quels types de systèmes planétaires différents existe-t-il et comment se forment-ils ? »
Le désert des naines brunes
Au fur et à mesure que les astronomes ont conçu des méthodes de plus en plus sophistiquées pour observer la façon dont les étoiles scintillent et vacillent, ils ont identifié des milliers de mondes en orbite étranges et merveilleux. Mais parmi un ciel rempli à ras bord de corps célestes, ils ont trouvé relativement peu d’objets de poids moyen, en particulier des entités pesant entre 13 et 80 fois la masse de Jupiter.
Ces corps ne sont pas tout à fait des planètes, car ils ont une masse suffisante pour écraser des atomes de deutérium (une variante lourde de l’hydrogène) et se réchauffer par fusion. Mais ce ne sont pas tout à fait des étoiles non plus, car ils n’ont pas la masse nécessaire pour fusionner durablement l’hydrogène approprié et briller pendant des milliards d’années. Curieusement, les chercheurs n’ont localisé et décrit en toute confiance que des dizaines de ces objets. Dans un univers grouillant d’étoiles et de planètes, quelque chose semble arrêter la production de naines brunes.
« C’est étrange parce qu’elles sont plus faciles à détecter » que les petites exoplanètes, dit Grieves. “C’est vraiment un phénomène physique qui se produit.”
Certains chercheurs soupçonnent l’absence d’objets intermédiaires – le « désert nain brun » – du fait que la catégorie englobe en réalité deux groupes qui semblent similaires, mais qui ont des origines distinctes.
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Les nains les plus lourds, soutiennent-ils, sont vraiment des étoiles ratées. Chacun était autrefois un nuage de gaz qui s’est effondré, mais n’a pas tout à fait rassemblé suffisamment de masse pour commencer à fusionner l’hydrogène et à briller.
Les naines les plus légères, quant à elles, ressemblent peut-être davantage à des super planètes. Ils pourraient avoir fusionné du disque poussiéreux qui sonne une jeune étoile. Ils ont ensuite aspiré la masse avec tant de succès qu’ils ont pu commencer à fusionner du deutérium.
Pour découvrir ce qui rend le désert des naines brunes si désolé, les astronomes ont ironiquement besoin d’en trouver plus.
Une chasse aux planètes révèle autre chose
Des griefs et des collaborateurs scrutaient le ciel à la recherche de planètes à l’aide des données du satellite Transiting Exoplanet Survey de la NASA, qui surveille les étoiles pour une atténuation subtile qui se produit lorsqu’une planète passe devant. Au cours de leur enquête, une poignée d’ombres de la taille de Jupiter ont attiré leur attention.
Mais lorsqu’ils ont effectué un suivi avec un télescope de 1,2 mètre à l’observatoire chilien de La Silla, ils ont remarqué quelque chose d’étrange. L’équipe a mesuré à quelle vitesse les étoiles hôtes vacillaient sous l’influence gravitationnelle de leurs compagnons obscurs, et a découvert que les planètes putatives possédaient des masses monstrueuses, pesant entre 77 et 98 fois la masse de Jupiter. Ce poids les a placés si près du bord supérieur de la plage de masse des naines brunes des manuels scolaires qu’il est difficile de dire avec certitude ce qu’est chaque objet.
“Certains sont probablement des stars plus probables”, dit Grieves, “mais ils sont juste dans le domaine [of brown dwarfs]. ”
L’équipe a publié ses résultats dans Astronomie & Astrophysique en août.
Cinq nouveaux nains
Les chercheurs ne peuvent pas tirer de conclusions radicales à partir de seulement cinq nouveaux exemples. Néanmoins, la poignée d’objets offre quelques indices qui s’alignent sur les théories courantes des naines brunes.
On pense que les étoiles pas tout à fait refroidissent et rétrécissent avec le temps, par exemple. Pour tester cette théorie, les astronomes ont comparé l’âge et la taille de quatre des naines brunes. Ils ont découvert que les plus grands nains étaient plus jeunes, tandis que les nains les plus petits étaient plus âgés, comme la théorie le prédirait.
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Les cinq sont également cohérents avec l’idée qu’il existe en réalité deux types de naines brunes : les étoiles défaillantes et les superplanètes. Les astronomes s’attendent à ce que les superplanètes soient plus communes autour des étoiles avec une plus grande variété d’éléments pour sculpter des mondes. Les étoiles défaillantes, quant à elles, pourraient avoir des orbites plus erratiques car elles n’ont pas mûri dans le berceau apaisant d’un disque poussiéreux. Les nouvelles candidates naines brunes avaient tendance à ressembler à ce à quoi on pourrait s’attendre pour des étoiles ratées près du plafond de masse.
Alors que la frontière entre les planètes et les étoiles reste floue, Grieves espère que les futures observations mettront en lumière davantage de naines brunes.
«Nous aidons à construire cet échantillon statistique où nous allons pouvoir comprendre de plus en plus tous les différents systèmes stellaires qui nous entourent», dit-il.
