Illustration de W1906+40, une naine brune de type L aussi grande que Jupiter et présentant, à l’instar de la planète géante, une tache qui fait trois fois la taille de la Terre. © Nasa, JPL-Caltech

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Une mystérieuse tache sombre sur une naine brune

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Une petite étoile relativement froide peut, comme Jupiter, arborer une tempête à sa surface durant plusieurs années. Celle découverte sur la naine brune W1906+40, un astre qui a été observé par trois télescopes spatiaux, a à peu près la même dimension et pose question car les astronomes n'avaient encore jamais observé un tel phénomène sur ces modestes étoiles tièdes, à peine plus grandes qu'une planète géante.

Une planète géante avec une grande tache rouge ? C'est Jupiter bien sûr. Observé pour la première fois en 1665 par J. D. Cassini, ce phénomène atmosphérique, caractéristique de la plus grosse planète du Système solaire, a mesuré jusqu'à trois fois la taille de la Terre à la fin du XIXe siècle. Plus récemment, il a rétréci considérablement pour atteindre près de 15.000 km (fin 2013). Nous connaissons cet anticyclone émaillé d'ocre depuis 350 ans et il est toujours là, sans que l'on sache encore s'il est transitoire (quelques siècles ou millénaires ?) ou permanent. Autour du Soleil, Jupiter n'est pas la seule planète gazeuse à en arborer : Neptune, par exemple, présente un sombre nuage bleu cerné de cirrus blanc.

Et nul doute qu'il en est de même ailleurs, pour les innombrables exoplanètes géantes qui peuplent la Galaxie. En règle général, hélas, leurs grandes distances nous empêchent d'observer leurs surfaces. En général oui... car depuis le début de la décennie, la caractérisation de l'atmosphère de Jupiter chaudes commence à se multiplier. Les astronomes étudient aussi la surface d'étoiles peu massives et lumineuses comme les naines brunes. Un article qui vient de paraître dans The Astrophysical Journal expose d'ailleurs le cas d'une grande tache aussi vaste que celle de Jupiter, à la surface d'une naine de type L.

Comparaison de la grande tache rouge de Jupiter photographiée en 1879 et en 2014. © Damian Peach

Une tache sombre près du pôle

L'astre désigné W1906+40 a été découvert en 2011 par le satellite Wise (Wide-field Infrared Survey Explorer). La frontière entre planètes géantes et étoiles naines de type L ou T est mince. La masse des unes et des autres est insuffisante pour déclencher les réactions de fusion thermonucléaire de l'hydrogène, tandis que les secondes peuvent, dans le meilleur des cas, fusionner le deutérium (un isotope lourd de l'hydrogène). Cependant, même dans ce cas, l'énergie dégagée n'a rien à voir avec celles des étoiles plus massives que nous voyons briller dans la nuit. Ces objets, pourtant très nombreux dans la Voie lactée, ne sont pas repérables dans le visible et c'est à peine si on aperçoit leurs lueurs dans l'infrarouge.

Aussi grande que Jupiter, W1906+40 affiche une température en surface légèrement inférieure à 2.000 °C, presque trois fois moindre que celle de notre naine jaune, le Soleil. Dans le passé, des taches associées à des tempêtes ont déjà été observées à la surface de naines brunes avec le télescope spatial Spitzer (qui observe dans l'infrarouge), mais elles ne subsistaient que quelques heures, au plus un jour ou deux. W1906+40, elle, est par chance située dans le champ d'investigation du satellite Kepler qui, rappelons-le, a suivi la luminosité d'environ 150.000 étoiles entre le Cygne et la Lyre à la recherche d'exoplanètes (par la méthode de transit). L'équipe de John Gizis, de l'université du Delaware (Newark), a ainsi pu disposer d'informations sur ses variations d'éclats durant deux années.

La naine brune W1906+40, sur cette animation (un dessin d'artiste et non une série d'images réelles), ressemble beaucoup à une planète gazeuse comme Jupiter. © Nasa, JPL-Caltech

Une sorte de tempête sur une sorte d'étoile

Il n'est pas rare que de grandes taches sombres sur une étoile soient la cause des inflexions des courbes de lumière, mais le cas de W1906+40 est différent. Après Wise et Kepler, c'est Spitzer qui a étudié cette naine brune, avec des observations complémentaires dans deux longueurs d'onde infrarouges. Elles ont indiqué que le phénomène détecté n'a pas d'origine magnétique, à la différence des fameuses taches sombres qui maculent le Soleil au gré de son cycle d'activité. Le sondage recoupé avec les données de Kepler a révélé la présence d'une tempête au sein de ses nuages de poussières minérales qui, de par sa taille, environ trois fois celle de la Terre, fait penser à celle de Jupiter, à la différence toutefois qu'elle n'est pas installée sur les tropiques mais près de l'un de ses pôles. Il lui faut environ neuf heures pour faire un tour.

C'est la première fois qu'une tempête aussi durable est observée à la surface d'une étoile. « Nous ne savons pas si une tempête stellaire de ce genre est unique ou commune, et nous ne savons pas pourquoi elle dure si longtemps » a déclaré John Gizis. Avec l'aide des deux télescopes spatiaux et de la prochaine génération (notamment JWST), les recherches vont pouvoir continuer.

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