Vue d'artiste de 2MASS J0348-6022, la naine brune à la rotation la plus rapide connue. Elle fait un tour sur elle-même en seulement 1,08 heure. © Nasa/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
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Découverte des trois naines brunes à la rotation la plus rapide jamais mesurée

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[EN VIDÉO] Les naines brunes les plus proches du Système solaire  Des astronomes avec l'aide de scientifiques-citoyens ont construit la carte 3D la plus détaillée de la distribution des naines brunes dans un rayon de 65 années-lumière autour de la Terre. 

En utilisant le télescope spatial Spitzer, des scientifiques ont identifié les trois naines brunes qui tournent le plus vite sur elles-mêmes. Ayant presque exactement la même vitesse de rotation (environ une rotation par heure), elles pourraient être le signe d'une limite de vitesse de rotation au-delà de laquelle une naine brune pourrait se désintégrer.

Les naines brunes sont des objets de masse intermédiaire entre les planètes et les étoiles. Trois de ces objets, découverts en 2001 par le relevé 2MASS, s'avèrent être les naines brunes à la rotation la plus rapide connue à ce jour.

Ces trois objets tournent sur eux-mêmes en à peine plus d'une heure. À titre de comparaison, les naines brunes les plus rapides connues jusqu'alors tournent en environ 1,4 heure et Jupiter en 9,9 heures. Ce faisant, l'équateur du plus grand membre du trio tourne à plus de 360.000 km/h, contre 1.670 km/h pour l'équateur terrestre et 45.300 km/h pour celui de Jupiter.

Une probable vitesse limite de rotation

À l'aide de données du télescope spatial Spitzer et des télescopes au sol Gemini North et Magellan, Megan E. Tannock et ses collègues ont mesuré la période de rotation d'environ 80 naines brunes, et elle varie de moins de deux heures à plusieurs dizaines d'heures. Avec une telle diversité, les auteurs de cette nouvelle étude furent surpris que les trois naines brunes les plus rapides aient presque exactement la même vitesse de rotation. Cette similitude ne peut pas être attribuée au fait que les naines brunes se seraient formées ensemble ou seraient au même stade de leur développement car elles sont physiquement différentes : une est chaude, une autre est froide et la dernière est entre les deux. Puisque les naines brunes se refroidissent en vieillissant, les différences de température suggèrent que ces naines brunes ont des âges différents.

Comparaison de l'aplatissement et de la rotation de 2MASS J0348-6022, la naine brune à la rotation la plus rapide connue, avec ceux de Jupiter et Saturne. © Nasa/JPL-Caltech

Pour les auteurs, ce n'est pas une coïncidence : ces objets auraient atteint une limite de vitesse de rotation au-delà de laquelle une naine brune pourrait se désintégrer. Tous les objets en rotation génèrent une force centripète, qui augmente avec la vitesse de rotation, ce qui peut « déchirer » l'objet. Avant qu'un objet en rotation ne se brise, il va généralement se déformer, avec un diamètre équatorial plus grand que son diamètre polaire. Tout comme Saturne, qui tourne en une dizaine d'heures comme Jupiter, ces naines brunes sont donc probablement un peu aplaties.

Une limite infranchissable ?

Étant donné que les naines brunes ont tendance à accélérer avec l'âge, ces objets dépassent-ils régulièrement leur limite de vitesse de rotation et sont-ils « déchirés » ? Dans d'autres objets célestes en rotation, comme les étoiles, il existe des mécanismes de freinage naturels qui les empêchent de se détruire. Il n'est pas clair si des mécanismes similaires existent chez les naines brunes.

« Ce serait assez spectaculaire de trouver une naine brune tournant si vite qu'elle éjecte son atmosphère dans l'espace, a déclaré Megan Tannock, actuellement en doctorat à The University of Western OntarioMais pour l'instant, nous n'en avons pas trouvé. Je pense que cela doit signifier que quelque chose ralentit les naines brunes avant qu'elles n'atteignent cet extrême ou qu'elles ne peuvent pas aller aussi vite en premier lieu. Le résultat de notre article soutient une sorte de limite sur le taux de rotation, mais nous sommes pas encore sûr de la raison. ».

 Pour déterminer la période de rotation de 2MASS J0348-6022, les scientifiques ont utilisé la variation de sa luminosité au cours du temps telle que mesurée par Spitzer. Ils ont aussi comparé le spectre de la naine brune à celui attendu selon sa vitesse de rotation pour confirmer leur résultat. Cette rotation rapide conduit au léger aplatissement de la naine brune, de façon similaire pour Jupiter et Saturne. © Nasa, JPL-Caltech 

La vitesse de rotation maximale d'un objet est déterminée non seulement par sa masse totale, mais aussi par la façon dont cette masse est distribuée. Il est donc important de comprendre la structure interne des naines brunes qui, comme Jupiter et Saturne sont principalement composées d'hydrogène et d'hélium. Aux pressions dans le cœur des naines brunes, l'hydrogène se comporterait comme un métal plutôt qu'un gaz inerte. Cela change la façon dont la chaleur est conduite à l'intérieur et, avec des vitesses de rotation très rapides, cela pourrait également affecter la répartition de la masse à l'intérieur.

Selon les modèles actuels, la vitesse de rotation maximale des naines brunes devrait être supérieure à la période de rotation d'une heure décrite dans la nouvelle étude d'environ 50 à 80 %. « Il est possible que ces théories n'aient pas encore une vue d'ensemble complète », a déclaré Stanimir Metchev, coauteur de l'article et titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur les planètes extrasolaires à l'Institut d'exploration de la Terre et de l'espace à l'Université Western. « Certains facteurs non pris en compte pourraient entrer en jeu, qui ne permettraient pas à la naine brune de tourner plus vite. » Des observations et travaux théoriques supplémentaires pourraient révéler s'il y a un mécanisme de freinage qui empêche les naines brunes de s'autodétruire et s'il y a des naines brunes qui tournent encore plus vite.

  • Les naines brunes sont des objets de masse intermédiaire entre les planètes et les étoiles.
  • En utilisant le télescope spatial Spitzer, des scientifiques ont identifié les trois naines brunes à la rotation la plus rapide connue à ce jour.
  • Avec des périodes de rotation presque égales (à peine plus d'une heure), elles pourraient être le signe d'une limite de vitesse de rotation au-delà de laquelle une naine brune pourrait se désintégrer.
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