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Les naines brunes aussi ont des aurores polaires

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Les naines brunes ne sont ni des planètes géantes gazeuses ni des étoiles naines, mais elles partagent certaines de leurs caractéristiques. Une récente découverte fait état de l'existence d'aurores polaires dont on peut détecter l'occurrence aussi bien en radio qu'en lumière visible.

Une vue d’artiste de la naine brune LSRJ 1835+3259 et de ses aurores polaires. Son atmosphère composée essentiellement d’oxygène émet dans le rouge lorsqu’elle est frappée par des particules chargées. © Chuck Carter Gregg Hallinan, Caltech

Dans le bestiaire des astres il en est qui ne sont ni vraiment des étoiles ni vraiment des planètes, ce qui peut parfois laisser un peu perplexe les astrophysiciens. Il s'agit des naines brunes comme les a baptisées en 1975, Jill Tarter, une exobiologiste bien connue qui est l'une des figures de proue de Seti. Comme souvent en astrophysique, le paramètre clé pour définir ce type de corps céleste est la masse et en l'occurrence celle-ci est trop élevée pour que l'on soit en présence d'une planète, mais est trop faible pour que l'on puisse parler d'une étoile. On parle d'ailleurs parfois de ces objets en termes d'étoile « ratée » pour les distinguer des géantes gazeuses. En fait, le seuil de masse qui permet de faire le distinguo n'est pas accepté par tous. Il est certain, en revanche, que les naines brunes ne sont pas le siège de réactions thermonucléaires comme celles du cycle de Bethe-Weizsäcker : tout au plus, et très transitoirement, celle de fusion du deutérium.

En général, cependant, 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.

Un article publié dans Nature montre qu'au moins une des caractéristiques des naines brunes est partagée avec les planètes et pas les étoiles, l'existence d'aurores boréales. Celles que l'on a détectées sur la naine brune LSRJ 1835+3259, située à environ 20 années-lumière du Soleil, sont des centaines de milliers de fois plus puissantes que celles que l'on peut observer dans le Système solaire, par exemple aux pôles de Saturne.

Le VLA a été présenté dans plusieurs films. Mais contrairement à ce que laisse entendre Contact, film de science-fiction américain réalisé par Robert Zemeckis, sorti en 1997, et adapté du roman éponyme de Carl Sagan, il n’est pas utilisé dans le cadre de Seti. © HDavatar, YouTube

Des particules chargées qui frappent l’atmosphère d’une naine brune

Leur découverte s'est faite en plusieurs temps. Il y a d'abord eu des observations dans le domaine radio effectuées avec le célèbre Very Large Array (VLA), un champ de 27 antennes paraboliques situées dans la plaine de San Augustin au Nouveau-Mexique (États-Unis) qui, combinées ensemble, forment un des plus puissants radiotélescopes. En effet, les antennes sont mobiles sur des voies de chemin de fer disposées selon un tracé formant un immense Y avec deux branches de 21 km et un pied de 19 km. En faisant de la synthèse d'ouverture par interférométrie, on dispose donc d'un instrument virtuellement équivalent à un radiotélescope de plusieurs dizaines de kilomètres de diamètre.

Les émissions radio en provenance de LSRJ 1835+3259 montrent, après analyse, qu'elles proviennent de particules chargées spiralant autour des lignes de champs magnétiques de la naine brune. On est même en présence d'impulsions électromagnétiques rappelant celles que l'on observe sur Terre en provenance des aurores boréales.

Pour prouver que l'on était bien en présence d'aurores polaires sur LSRJ 1835+3259, les chercheurs ont étudié la naine brune dans le domaine visible à l'aide des instruments équipant les télescopes Hale et Keck. Ils ont ainsi mis en évidence une même périodicité dans les émissions d'impulsions radio et dans les variations de luminosité dans le visible avec la raie d'émission H-alpha (avec une longueur d'onde de 656,3 nanomètres, elles se trouvent donc dans la partie rouge du spectre). Cela prouve que l'on est bien en présence de particules chargées qui finissent par heurter les atomes d'hydrogène de la naine brune, tout comme celles du vent solaire frappent les atomes de l'atmosphère sur Terre en générant les aurores polaires.

Un outil pour étudier les champs magnétiques des naines brunes

La découverte est intéressante à plus d'un titre. D'abord en elle-même bien sûr, mais aussi parce qu'elle ouvre la perspective de pouvoir mesurer des caractéristiques des champs magnétiques des naines brunes à partir de leurs émissions radio. Leur étude pourrait être bavarde sur la structure interne des objets qui sont intermédiaires entre les géantes gazeuses et les étoiles.

Une question importante reste en suspens. LSRJ 1835+3259 n'est pas proche d'une étoile. Comment peut-on alors expliquer le flot de particules chargées tombant sur ses pôles puisqu'il n'y a pas de vent solaire ? Selon l'un des auteurs de la découverte, l'astronome Gregg Hallinan du célèbre Caltech, il se pourrait qu'une exoplanète en orbite autour de la naine brune génère des courants en se déplaçant dans sa magnétosphère.

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