Avez-vous déjà regardé dans un télescope dans l’infrarouge ? Avez-vous vu des corps qui sont nés d’une étoile mais n’en sont jamais devenus une ? Leur destin est de refroidir pendant des millions d’années et de survivre à leurs voisines brillantes. Leur nom est naine brune.
Table des matières
Informations générales
Privées de chaleur, de taille, elles sont étudiées par les astronomes du monde entier. Et il existe une occasion unique de se pencher sur ces études.
Matériel sur le sujet
Mesures de masse et de température, cartes de surface — tout est là. Et maintenant, voyons où leur histoire a commencé. L’histoire a commencé en 1962, avec un jeune scientifique américain, Shiv Kumar. Il a réussi à théoriser l’existence des naines brunes. Le plus intéressant, c’est qu’il a décrit avec une précision absolue toutes les propriétés et tous les processus qui se déroulent à l’intérieur des naines brunes. À l’âge de 23 ans ! En étudiant des étoiles dont la masse ne dépassait pas 0,1 masse solaire (100 masses de Jupiter), il est parvenu à calculer la masse minimale à partir de laquelle la naissance d’une étoile à part entière est possible. C’est ce qu’on appelle la limite de Kumar. En dessous, la fusion thermonucléaire ne se produit pas.
La naissance d’une étoile
L’image de la nébuleuse M42 a été obtenue en utilisant les filtres de soufre (rouge), d’hydrogène (vert) et d’oxygène (bleu).
Les étoiles, comme de nombreuses naines brunes, naissent de l’effondrement de nuages de gaz. Le principal élément chimique contenu dans ces nuages est l’hydrogène moléculaire. Pendant longtemps, la théorie de l’origine des «étoiles froides» dans l’espace n’était que cela. De nouvelles découvertes de sous-étoiles ont permis de rectifier le tir.
Une étoile est telle lorsque la fusion thermonucléaire, c’est-à-dire la combustion de l’hydrogène, a lieu en son sein. La température nécessaire au «démarrage» est de 3 millions de degrés Celsius. Elle est obtenue par compression sous l’influence de la gravité — en se comprimant, la densité de la boule de gaz augmente. Plus la densité est élevée, plus la température est élevée. Lorsque la densité atteint sa limite, il y a inflammation de l’hydrogène, c’est-à-dire fusion thermonucléaire.
La naissance d’une naine brune
En dessous de la limite Kumar, l’hydrogène n’est pas inflammable. Le maximum est le deutérium, un isotope de l’hydrogène. Mais son énergie est insuffisante pour un processus thermonucléaire. Selon la mécanique quantique, à un certain point à l’intérieur des sous-étoiles, un gaz électronique, ou dégénéré, se forme. Il naît sous l’effet de la gravité, mais empêche son impact ultérieur avant même que la compression ne «démarre» la combustion de l’hydrogène.
En 1995, les processus décrits ont été confirmés. Des scientifiques américains ont trouvé dans la constellation des Pléiades un objet d’une masse de 0,06 masse solaire. Pour confirmer leur découverte, ils ont dû effectuer de nombreux tests spécialisés.
Identification
Un double système de naines brunes
Pour confirmer leurs hypothèses, les scientifiques américains ont appliqué le test du lithium, formulé par l’astrophysicien espagnol Rafael Rebolo. Son principe est simple. Les étoiles de la séquence principale, en brûlant de l’hydrogène, atteignent des températures extrêmement élevées. Les atomes de lithium, présents en petites quantités à l’intérieur, brûlent rapidement et sans laisser de traces. Et dans les sous-étoiles brunes, même si le deutérium brûle, sa vaporisation prend des millions d’années. Un échantillon de lithium est donc un moyen sûr de s’assurer qu’une naine brune a été détectée.
La petite taille des sous-stars, leur faible température, correspondent aux valeurs planétaires moyennes. Les différences résident dans la densité de l’objet et dans la présence de rayonnement X chez certaines naines. La plupart d’entre elles émettent dans l’infrarouge. D’où le nom de naine brune.
Les naines brunes elles-mêmes sont classées en trois groupes. Voici un examen rapide de chaque classe spectrale :
- Classe L — 1300K à 2000K. Les corps de cette classe sont les plus chauds et les plus grands.
- Classe T — 700K à 1300K.
- Classe Y. Les objets de cette classe sont les plus froids et les plus «nains». Pendant longtemps, ils n’ont existé que dans les considérations hypothétiques des scientifiques.
Nouveaux mystères
Naine brune (ci-dessus).
Au XXIe siècle, les astronomes sont à la recherche de naines brunes. En scrutant le ciel dans l’infrarouge, les détections de luminaires «froids» se sont multipliées. Leurs températures et leurs masses sont mesurées, leurs atmosphères sont étudiées et leurs surfaces sont cartographiées. Les nouvelles données n’aident pas seulement les scientifiques à comprendre la nature des corps célestes. Parfois, elles réfutent les modèles établis, les connaissances. C’est un paradoxe. Plus on découvre, plus il y a à découvrir.
Une étude menée par des scientifiques du Harvard-Smithsonian Centre for Astrophysics en est un exemple. Après avoir découvert 623 naines brunes inconnues, quatre d’entre elles ont fait l’objet d’une analyse spectroscopique. Les informations obtenues contredisent l’idée selon laquelle les naines et les étoiles voisines de la séquence principale se forment simultanément au cours du processus d’effondrement. Il s’est avéré que les sous-étoiles se sont formées beaucoup plus tard que les étoiles du même système. Il a fallu formuler une nouvelle théorie sur la formation unique des objets étudiés.
Nouvelles découvertes
Les employés de la NASA sont les plus actifs dans l’étude des naines brunes. Ils ont réussi à trouver une boule de gaz qui se refroidit et dont la température n’est que de 29°C. Ils ont également pu décrire une atmosphère agressive, avec des tempêtes violentes, et de possibles pluies de roches incandescentes et de métal en fusion à la surface des sous-étoiles.
Carte de la surface de Luhman 16B
Les Américains ont réussi à cartographier la surface de la naine brune. Le choix s’est porté sur l’objet, situé dans le troisième système de corps «glacés» le plus proche de la Terre.
Les naines brunes les plus proches de nous sont le compagnon de la petite étoile rouge SCR-1845-6357 en orbite autour du Soleil et les compagnons de l’étoile Epsilon Indian. Elles se trouvent respectivement à 12,7 et 11,8 années-lumière de nous. Cette proximité permet d’étudier ces corps en grandeur nature.
La naissance d’une nouvelle planète
Disque d’astéroïdes autour d’une naine brune (figure)
Une découverte importante a été la formation d’un disque protoplanétaire autour de l’un des corps infrarouges.
Des particules de poussière ont même été détectées, alors qu’elles ne devraient pas être présentes aux températures froides de ces objets. Les atomes de matière, même dans un environnement défavorable, s’assemblent pour former des corps cosmiques solides. Cette découverte suggère un complément, voire une révision, des idées de la planétogenèse.
Conclusion
La recherche dans ce domaine est aujourd’hui très intense. De nouvelles découvertes sont donc encore à venir. Pour ne rien manquer, abonnez-vous aux mises à jour du blog.
Date de publication: 12-23-2023
Mettre à jour la date: 12-23-2023