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Du nouveau sur l'atmosphère des naines brunes

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Ni vraiment des étoiles, ni des planètes, les naines brunes sont en quelque sorte intermédiaires entre ces astres. En combinant des observations de Spitzer et de Hubble, un groupe d'astronomes vient de faire progresser les connaissances portant sur la météorologie des ces objets, que l'on présente parfois comme des étoiles ratées.

Ce graphique montre les variations de luminosité de la naine brune nommée 2MASSJ22282889-431026 mesurées simultanément par Hubble et Spitzer. Comme l'astre tourne sur lui-même en 1,4 heure, sa luminosité varie périodiquement. De façon surprenante, cette variation de luminosité diffère selon la longueur d'onde observée (toujours dans l'infrarouge). Comme Spitzer et Hubble sondent ainsi différentes couches de l'atmosphère de la naine brune, ces déphasages indiquent des formations nuageuses ​​complexes ou des conditions météorologiques qui changent avec l'altitude. © Nasa, JPL-Caltech, University of Arizona

Le terme « naine brune » a été inventé en 1975 par Jill Tarter, une exobiologiste bien connue qui est l'une des figures de proue de Seti. Il désigne un astre trop massif pour être une planète, mais pas assez pour être considéré comme une étoile. Le seuil de masse qui fait passer une géante gazeuse du rang de planète à celui d'étoile « ratée », comme on désigne parfois une naine brune, n'est pas accepté par tous. Il est certain, en revanche, que les naines brunes ne sont pas le lieu de réactions thermonucléaires, comme celles du cycle de Bethe-Weizsäcker, tout au plus et très transitoirement celle de fusion du deutérium.

En général, on considère qu'une naine brune doit avoir une masse supérieure à 13 fois celle de Jupiter (ce qui est la masse minimale au-delà de laquelle un astre peut brûler du deutérium) et inférieure à 0,07 masse solaire, c'est-à-dire celle au-dessus de laquelle les réactions de fusion thermonucléaire habituelles dans les étoiles peuvent s'enclencher durablement.

Une vue d'artiste de la naine brune 2MASSJ22282889-431026. Ce n'est pas une planète, même si on pense qu'elle partage des points communs avec des géantes gazeuses comme Jupiter. Elle tourne sur elle-même en 1,4 heure et des nuages de la taille de la Terre circulent sous l'action des vents. © Nasa, JPL-Caltech

Bien que prédite par les théoriciens de l'astrophysique dès les années 1960, l'existence de ces astres n'a été confirmée qu'à la fin des années 1980. Aujourd'hui, on en est à dresser des cartes météorologiques de certains d'entre eux, comme des astronomes viennent de le prouver dans un article déposé sur arxiv.

Des nuages avec des gouttelettes de fer

On s'était déjà servi de Hubble et Spitzer pour étudier la structure et la composition des atmosphères de certaines exoplanètes. L'objet découvert à l'aide de 2MASS (Two Micron All Sky Survey) et qui a été dénommé 2MASSJ22282889-431026 est, lui, une naine brune de type T. Elle fait donc partie des naines brunes les plus froides et dont l'atmosphère possède des caractéristiques qui la rendent particulièrement proche de celle de certaines classes de géantes gazeuses.

Les observations concernant 2MASSJ22282889-431026, réalisées à l'aide de Hubble et Spitzer dans l'infrarouge à différentes longueurs d'onde, ont permis de dresser la carte météorologique d'une naine brune la plus détaillée à ce jour. Des informations sur la structure en 3D de cet astre ont même été obtenues.

La vision infrarouge de Hubble pénètre plus en profondeur que celle de Spitzer. Les astrophysiciens ont ainsi découvert la présence de deux couches nuageuses différentes dans l’atmosphère de la naine brune 2MASSJ22282889-431026. © Nasa, JPL-Caltech

La température moyenne de l'atmosphère de cette naine brune de type T est élevée par rapport aux critères terrestres et à ceux des géantes du Système solaire. On estime qu'elle est en moyenne comprise entre 600 et 700 °C, ce qui veut dire qu'il peut tout de même exister des gouttelettes de fer en fusion dans certains de ses nuages. Une autre particularité est que contrairement à ceux composés d'eau sur Terre et d'ammoniac sur Jupiter, on y trouve aussi des grains de sable chauds.

Des fenêtres sur la structure des exoplanètes gazeuses

Comme Hubble et Spitzer font des observations dans l'infrarouge à des longueurs d'onde différentes, ils voient différentes structures à différentes altitudes. Certaines font penser à des versions géantes de la fameuse Grande Tache rouge de Jupiter. Remarquablement, la luminosité dans l'infrarouge de la naine brune oscille différemment dans le temps selon la longueur d'onde étudiée, ce qui montre bien la présence de couches atmosphériques, puisque les observations faites par Spitzer et Hubble ne sondent pas la naine aussi profondément l'une que l'autre.

Cette étude n'est qu'un prélude : bien d'autres naines brunes proches du Système solaire vont être étudiées de cette façon à l'aide de Spitzer et Hubble dans les années à venir. On sait qu'il en existe des dizaines au moins dans un rayon de 30 années-lumière autour du Soleil. Comme on peut étudier leur atmosphère plus facilement que celle des exoplanètes gazeuses, avec lesquelles les naines brunes partagent des points communs, il s'agit donc de bons laboratoires pour affûter des modèles.

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