Illustration d'artiste de paire binaire naine brune. Cliquez pour agrandir.
L'une des tâches les plus difficiles pour les astronomes est de déterminer à quel point les objets distants sont massifs. Le télescope spatial Hubble a aidé les astronomes à mesurer la masse d'une paire binaire de naines brunes - des étoiles défaillantes - alors qu'elles tournent en orbite. Un nain fait 55 fois la masse de Jupiter et l'autre 35 fois la masse. Chacun devrait avoir 80 fois la masse de Jupiter avant d'avoir suffisamment de masse pour déclencher une réaction de fusion.
Pour la première fois, les astronomes ont réussi à peser une paire binaire de naines brunes et à mesurer précisément leur diamètre. Ces types de mesures exactes ne sont pas possibles lors de l'observation d'une seule naine brune.
Parce que leurs orbites sont inclinées vers la Terre, les nains passent les uns devant les autres, créant des éclipses. Il s'agit du premier binaire à éclipse naine brune jamais découvert. La paire offre une occasion inhabituelle de déterminer avec précision les masses et les diamètres des nains, fournissant des tests cruciaux de modèles théoriques.
Une naine brune est une classe intermédiaire d'objet céleste peu comprise qui est trop petite pour soutenir des réactions de fusion d'hydrogène, comme celles qui alimentent notre Soleil. Cependant, les naines brunes sont des dizaines de fois plus massives que la plus grande planète du système solaire, Jupiter, et sont donc trop grandes pour être une planète.
La découverte des naines brunes appariées et les mesures critiques sont rapportées aujourd'hui dans la revue scientifique Nature par une équipe d'astronomes: Jeff Valenti du Space Telescope Science Institute (STScI), Robert Mathieu de l'Université du Wisconsin-Madison, et Keivan Stassun de l'Université Vanderbilt.
Un nain représente 55 fois la masse de Jupiter; l'autre est 35 fois plus lourd que Jupiter (avec une marge d'erreur de 10%). Pour se qualifier d'étoile et brûler de l'hydrogène par fusion nucléaire, les nains devraient être 80 fois plus massifs que Jupiter. A titre de comparaison, le Soleil est 1 000 fois plus massif que Jupiter.
Les astronomes sont surpris de découvrir que la naine brune la plus massive est la plus froide de la paire, contrairement à toutes les prédictions sur les naines brunes du même âge. Soit les deux n'ont pas le même âge et peuvent être des corps capturés, soit les modèles théoriques sont faux, affirment les chercheurs.
La paire de nains bruns s'orbite si étroitement qu'ils ressemblent à un seul objet vu de la Terre. Parce que leur orbite de piste est bordée, les deux objets passent périodiquement l'un devant l'autre, ou s'éclipsent l'un l'autre. Ces éclipses provoquent des baisses régulières de la luminosité de la lumière combinée provenant des deux objets. En synchronisant précisément ces occultations, les astronomes ont pu déterminer les orbites des deux objets. Avec ces informations, les astronomes ont utilisé les lois du mouvement de Newton pour calculer la masse des deux nains.
De plus, les astronomes ont calculé la taille des deux nains en mesurant la durée des creux dans leur courbe de lumière. Parce qu'ils sont si jeunes, les nains sont remarquablement grands pour leur masse: environ le même diamètre que le Soleil. Parce que la paire est située dans la nébuleuse d'Orion, qui est une pépinière stellaire à proximité avec des étoiles de moins de 10 millions d'années.
Une analyse de la lumière provenant de la paire de nains indique que les nains ont une dominante rougeâtre. Les modèles actuels prévoient également que les naines brunes devraient avoir des «conditions météorologiques» - des bandes et des taches ressemblant à des nuages similaires à celles visibles sur Jupiter et Saturne.
En mesurant les variations du spectre lumineux provenant de la paire, les astronomes ont également déterminé les températures de surface des nains. La théorie prédit que le membre le plus massif d'une paire de naines brunes devrait avoir une température de surface plus élevée. Mais ils ont trouvé exactement le contraire. Le plus lourd des deux a une température de 4310 degrés Fahrenheit (2650 degrés Kelvin) et le plus petit, 4562 degrés F (2790 degrés K). Celles-ci se comparent à la température de surface du Soleil de 9 980 degrés F (5 800 degrés K).
"Une explication possible est que les deux objets ont des origines et des âges différents", explique Stassun. Si tel est le cas, cela soutient l'un des résultats des derniers efforts pour simuler le processus de formation d'étoiles. Ces simulations prédisent que les naines brunes sont créées si près les unes des autres qu’elles sont susceptibles de perturber la formation des autres.
Les nouvelles observations confirment la prédiction théorique que les naines brunes commencent comme des objets de la taille d'une étoile, mais rétrécissent et se refroidissent et deviennent de plus en plus planétaires à mesure qu'elles vieillissent. Avant, la seule naine brune dont la masse avait été directement mesurée était beaucoup plus âgée et plus sombre.
De nombreux astronomes pensent que les naines brunes peuvent en fait être le produit le plus courant du processus de formation stellaire. Ainsi, les informations sur les naines brunes peuvent fournir de nouvelles informations précieuses sur les processus dynamiques qui produisent des étoiles à partir de tourbillons effondrés de poussière et de gaz interstellaires.
Parce que les vieilles naines brunes sont plus petites et plus sombres que les vraies étoiles, ce n'est que ces dernières années que les améliorations de la technologie des télescopes ont permis aux astronomes de cataloguer des centaines d'objets faibles qu'ils pensent être des naines brunes. Mais pour choisir les naines brunes d'autres types d'objets faibles, ils ont besoin d'un moyen d'estimer leurs masses, car la masse est destinée aux étoiles et aux objets semblables à des étoiles.
L'existence de naines brunes a été proposée pour la première fois dans les années 80, mais ce n'est qu'en 2000 qu'une naine brune a été détectée sans ambiguïté. Alors que les naines brunes étaient des objets hypothétiques, les astronomes les différenciaient des planètes par la manière dont elles se formaient. Les naines brunes et les étoiles se forment de la même manière, à partir d'un nuage de poussière et de gaz interstellaire qui s'effondre. Les planètes sont construites à partir des disques de poussière et de gaz qui entourent les étoiles en formation. Une fois que les astronomes ont découvert le premier nain brun candidat, ils ont réalisé que les nains sont très difficiles à différencier des planètes, en particulier lorsqu'ils ont des compagnons stellaires. Ainsi, un groupe croissant d'astronomes préfèrent définir les naines brunes comme des objets entre 13 à 80 fois plus massifs que Jupiter.
Les chercheurs ont fait les observations avec deux ensembles de télescopes situés dans les Andes chiliennes, à environ 160 km au nord de Santiago: le Small and Moderate Aperture Research Telescope System (SMARTS), exploité par un consortium comprenant le Space Telescope Science Institute et la Vanderbilt University, et l'Observatoire international des Gémeaux, géré par la National Science Foundation.
Source d'origine: Communiqué de presse Hubble
