Vue d'artiste de Luhman 16 A et de ses bandes nuageuses. L'objet rouge en arrière-plan est Luhman 16 B, la naine brune compagne de Luhman 16 A. © Caltech, R. Hurt (Ipac)
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L'étoile « ratée » la plus proche de la Terre a des points communs avec Jupiter

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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. 

Les naines brunes sont des corps célestes sombres qui ne sont ni tout à fait des étoiles ni tout à fait des planètes. Les caractéristiques des plus proches de nous observées avec le satellite Tess ont surpris les astronomes.

Les naines brunes ont à peu près la taille de Jupiter, mais sont généralement des dizaines de fois plus massives. Elles restent toutefois moins massives que les plus petites étoiles, de sorte que la pression dans leurs noyaux n'est pas suffisamment élevée pour fusionner les atomes comme le font les étoiles.

Ces astres sont chauds au moment de leur formation, puis se refroidissent progressivement. Ils brillent faiblement et leur luminosité diminue tout au long de leur vie, ce qui les rend difficiles à détecter.

Une équipe de recherche internationale a trouvé des bandes et des rayures sur la naine brune la plus proche de la Terre, manifestations des processus qui agitent son atmosphère de l'intérieur. © Daniel Apai, Nasa

Les naines brunes ressemblent à Jupiter

En utilisant des techniques innovantes et des données collectées par le satellite chasseur d’exoplanètes Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la Nasa, l'équipe de recherche internationale a constaté que les naines brunes ressemblent étrangement à Jupiter -- avec ses rayures plutôt que des taches à surface, à l'instar des étoiles.

Les motifs dans leurs atmosphères révèlent des vents à grande vitesse, parallèles aux équateurs des naines brunes, semblables aux jet-streams terrestres. Ces vents mélangent l'atmosphère, redistribuent la chaleur qui se dégage de l'intérieur d'une naine brune.

Approfondir les connaissances sur les naines brunes

La configuration des vents et la circulation atmosphérique à grande échelle ont souvent des effets profonds sur l'atmosphère planétaire, du climat de la Terre à celui de Jupiter, et nous savons maintenant que ces jets atmosphériques à grande échelle façonnent également l'atmosphère des naines brunes.

Comprendre comment les vents soufflent et redistribuent la chaleur dans l'une des naines brunes les mieux étudiées et les plus proches de la Terre, Luhman 16 A et B (6,5 années-lumière), nous aide à comprendre les climats, les températures extrêmes et l'évolution des naines brunes de manière générale.

L'équipe espère explorer davantage les nuages, les systèmes de tempêtes et les zones de circulation présents dans les naines brunes et les planètes extrasolaires afin d'approfondir notre compréhension des atmosphères au-delà du Système solaire.

  • Luhman 16 est un système binaire constitué des deux naines brunes les plus proches de la Terre.
  • En observant ces deux objets par polarimétrie, Maxwell A. Millar-Blanchaer et ses collègues ont pu déterminer que Luhman 16 A, la plus massive des deux naines brunes, a des bandes nuageuses similaires à celles observées sur Jupiter. Par contre, les résultats ne permettent pas encore de tirer de conclusion pour Luhman 16 B.
  • Des observations de suivi, qui seront analysées dans une étude à venir, permettront de contraindre la variabilité à court et à long terme de la polarisation de ces objets.
  • Cette technique pourra également être utilisée pour étudier la structure nuageuse d'autres naines brunes et d'exoplanètes.
Pour en savoir plus

La naine brune la plus proche de la Terre a des bandes nuageuses comme Jupiter

Article d'Adrien Coffinet publié le 8 mai 2020

À 6,5 années-lumière de la Terre se trouve Luhman 16, un système binaire constitué des naines brunes les plus proches de nous. Une étude polarimétrique a permis de déterminer que la plus massive des deux possède à sa surface des bandes nuageuses similaires à celles de Jupiter.

Luhman 16 est un système constitué de deux naines brunes découvertes par Kevin Luhman en 2013. Ce système, situé à 6,5 années-lumière de nous, est le troisième plus proche du Système solaire, seulement devancé par le système triple Alpha Centauri (dont Proxima Centauri) et par l'étoile de Barnard. Ceci fait de ces deux membres les naines brunes les plus proches de la Terre. Luhman 16 A et B, de types spectraux L7,5 et T0,5, ont des masses respectives de 33 et 29 fois celle de Jupiter et toutes deux une température d'environ 1.000 °C.

Luhman 16 observé par polarimétrie

Dans un nouvel article, Maxwell A. Millar-Blanchaer et ses collègues décrivent leur étude des deux naines brunes par polarimétrie. Cette technique vise à mesurer la polarisation de la lumière de ces objets. C'est la première fois que cette technique est utilisée pour contraindre la présence, sur des corps situés hors du Système solaire, des structures atmosphériques ne variant pas par rotation, autrement dit des bandes nuageuses telles qu'on peut en trouver sur Jupiter ou sur Saturne. En l'occurrence, les scientifiques ont observé en avril 2018 les deux naines brunes en bande H (proche infrarouge) avec l'instrument NaCo du Very Large Telescope (VLT) pour en mesurer la polarisation linéaire. Ils ont alors comparé les mesures obtenues avec différents modèles : des couches nuageuses solides, des bandes nuageuses ou des naines brunes avec une atmosphère homogène mais plus ou moins aplaties du fait de leur rotation.

Luhman 16 vue par le Wide-field Infrared Survey Imager (Wise) : image large, où les deux naines brunes ne sont pas résolues et par l'Observatoire Gemini, encart avec les deux naines brunes résolues. © Nasa, JPL, Gemini Observatory, AURA, NSF

Des bandes nuageuses sur Luhman 16 A

Les chercheurs ont ainsi pu déterminer que 0,03 % de la lumière de Luhman 16 A est linéairement polarisée. Les modèles excluent que cette polarisation puisse être due à un objet juste aplati, mais les observations sont compatibles avec des modèles à bandes nuageuses. Luhman 16 B, bien que très similaire à sa compagne sur de nombreux points, a néanmoins des conditions météorologiques très différentes. Les observations ont montré qu'elle a, pour sa part, une polarisation linéaire de 0,01 %, ce qui ne permet pas de tirer de conclusion. Luhman 16 B pourrait avoir une forme légèrement aplatie, des bandes nuageuses, ou juste des nuages irréguliers.

Un suivi à venir et une technique qui peut se généraliser

Les auteurs notent que ces observations montrent la morphologie des nuages de ces deux astres à un point donné dans le temps. La variabilité observée dans les mesures de polarisation d'études antérieures montre que la morphologie des nuages peut varier dans le temps. Les auteurs ont par conséquent obtenu des observations de suivi de Luhman 16 en avril 2019 afin de rechercher la variabilité à court et à long terme de la polarisation des naines brunes. Ces données n'ont pas encore été analysées et seront publiées dans une étude de suivi.

Par ailleurs, la technique de polarimétrie ne se limite pas aux naines brunes. Elle peut s'appliquer aussi aux exoplanètes, notamment aux géantes gazeuses chaudes, dont l'atmosphère ressemble à celle des naines brunes. Bien que la mesure d'un signal de polarisation soit plus difficile pour les exoplanètes en raison de leur faible luminosité et de la proximité de leur étoile, les informations obtenues pour les naines brunes peuvent potentiellement éclairer ces futures études. Les télescopes tels que le James-Webb ou le WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) seront également utiles pour étudier Luhman 16 et d'autres systèmes pour en apprendre plus sur leurs structures nuageuses.

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