Naines Brunes ou Étoiles Ratées |
Entre Planètes et Étoiles |
K.A. - POUR LA SCIENCE N°531 > Janvier > 2022 |
Les Naines Brunes |
Une naine brune est un objet insuffisamment massif pour être considéré comme une étoile mais plus massif qu'une planète géante.
Il y a accord sur la limite supérieure : une naine brune ne peut entretenir de réaction de fusion nucléaire de l'hydrogène, moins de 0,07 masse solaire pour une composition chimique solaire. La limite inférieure ne fait pas unanimité ; un critère couramment retenu est la capacité à brûler le deutérium, soit environ 13 masses joviennes.
La classification spectrale des naines brunes a motivé une extension de celle des étoiles : elles ont pour type spectral M, L et T.
Gliese 229 B (au milieu des deux vues ->), à gauche : vue de l'observatoire du Mont Palomar, à droite : Télescope spatial Hubble (NASA).
CARACTÉRISTIQUES
La naine brune 2M1207, (au centre), et une exoplanète orbitant autour (à gauche <-).
En raison de sa masse trop faible, la température et la pression en son cour ne sont pas suffisantes pour démarrer ou maintenir les réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène. C'est en quelque sorte une étoile avortée. Mais contrairement aux planètes, elle rayonne un peu de sa propre chaleur. Une naine brune peut, à une certaine époque, avoir réussi à démarrer des réactions de fusion, mais n'avoir jamais atteint un état stable et avoir fini par "s'éteindre". Si les réactions de fusion n'ont jamais eu lieu, sa chaleur provient de l'effondrement gravitationnel durant la phase de formation de cet astre.
La plupart des naines brunes flottent seules dans l'espace, ce qui confirme qu'elles se forment comme des étoiles et non comme des planètes. Aujourd'hui, on considère qu'une naine brune doit avoir une masse supérieure à 13 fois celle de Jupiter et inférieure à 0,07 masse solaire car au-dessus de cette masse, les réactions de fusion peuvent s'enclencher durablement. Le seuil de 13 masses joviennes a été choisi car il s'agit de la masse inférieure à laquelle un astre peut brûler du deutérium. Une autre définition de la limite séparant les planètes des naines brunes a aussi été proposée, une naine brune se distingue d'une géante gazeuse, par les mécanismes qui ont mené à sa formation. Une naine brune nait de la fragmentation d'un nuage moléculaire, tout comme les étoiles, et les planètes naissent dans l'effondrement local d'un disque présent autour d'une étoile.
La découverte d'une naine brune entourée d'un disque protoplanétaire (voir Cha 110913-773444) laisse à supposer que la formation des planètes, sous-produits naturels de la formation stellaire, est possible aussi autour des naines brunes.
On qualifie une naine brune de froide à 1000°C, et de chaude à partir de 2000°C. La chaleur émise par une naine brune n'est plus que le résidu de sa formation (ce type d'astre ne produisant pas d'énergie). Une jeune naine brune sera donc plutôt chaude, puis se refroidira lentement au cours de son existence. Les jeunes naines brunes ont des températures de surface semblables à celles des étoiles peu massives et plus âgées et en sont presque indifférenciables. Ce n'est qu'après quelques dizaines à quelques centaines de millions d'années (dépendant de la masse de la naine brune) que celles-ci atteignent les températures des étoiles les plus froides (environ 1800 K). Quand les naines brunes atteignent des âges de plusieurs milliards d'années, elles ont des températures de surface allant de 400 K à 1000 K.
Les naines brunes ne sont pas facilement observables, puisqu'elles n'émettent qu'un faible rayonnement dans l'infrarouge.
La classification spectrale des naines brunes a motivé une extension de celle des étoiles : elles ont pour type spectral M, L et T. L'énergie lumineuse d'une naine brune est quasi-exclusivement tirée de l'énergie potentielle gravitationnelle, transformée en énergie interne par contraction, contrairement à une étoile de la séquence principale qui tire son énergie des réactions nucléaires. La contraction s'achève lorsque se produit la dégénérescence de la matière, la naine brune a alors un diamètre de l'ordre de celui de la planète Jupiter. En l'absence d'autre source d'énergie, une naine brune se refroidit au cours de son existence, et parcourt les types spectraux M, L et T ; ceci diffère d'une étoile de la séquence principale dont la température effective et le type spectral restent sensiblement constants. Bien que leur existence fût postulée dès les années 1960, les 
premières naines brunes n'ont été mises en évidence qu'à la fin des années 1990.
LES DIFFÉRENTS TYPES DE NAINES BRUNES
Les naines brunes se subdivisent en plusieurs types spectraux :
- Naines M : Type spectral des naines brunes les plus chaudes et des étoiles de très faible masse, les naines rouges.
- Naines L : On connait quelques centaines de naines L, celles-ci présentent des signatures spectroscopiques de grains de poussière dans leur atmosphère et semble y avoir un cycle de la pluie avec leurs grains de poussière (oxydes métalliques).
Vue d'artiste d'une naine brune de type "L" (->).
Naines T : Leurs températures de surface sont inférieures à 1200 K. On connait environ 60 naines T (novembre 2005) dont la plupart sont dans le voisinage immédiat du Soleil. Les naines T possèdent de fortes signatures spectroscopiques du méthane et du monoxyde de carbone. La plus froide naine T connue a une température de 750 K.
Vue d'artiste d'une naine brune de type "T" (->).
- Naines Y : Celles-ci présentent une température (de surface) de l'ordre de 500 K (~230°C) et les signatures spectroscopiques de l'ammoniac. La première naine Y (CFBDS0059) a été observé en 2008 à l'aide du télescope Canada-France Hawai (CFHT).
WIKIPEDIA > Mars > 2011 |
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L'ESSENTIEL DE LA SCIENCE N°44 > Février-Avril > 2019 |
Aurore sur une Naine Brune |
POUR LA SCIENCE N°456 > Octobre > 2015 |
Autres Terres autour des Étoiles Naines |
Décidément, la Terre est loin d'être unique ! Alors qu'il existe une infinité de planètes habitables dans l'Univers, voici que même des étoiles avortées comme les naines brunes rendraient possible la formation de planètes rocheuses.
Le télescope Alma (1) a ciblé la naine brune Rho-Oph 102, petite étoile à la lumière ténue... et a découvert que son disque de gaz et de poussières était similaire à celui d'une étoile solaire (2).
Il y a 10.000 milliards de milliards de planètes habitables dans l'Univers, annonçait-on à la une en août dernier. Ce chiffre pourrait encore grimper, car les étoiles solaires n'auraient pas l'exclusivité de la fabrication de planètes. L'équipe de Luca Ricci, du California Institute of Technology, a montré que les naines brunes, ces étoiles ratées à la lumière ténue, incapables de brûler de l'hydrogène, seraient elles aussi capables de façonner des rocheuses, comme la Terre. Braquant le télescope Alma sur la naine brune Rho-Oph 102, les astrophysiciens ont détaillé son disque de gaz et de poussières, et découvert que sa composition et sa structure étaient similaires à celles du disque du Soleil.
"On craignait que les disques autour des naines brunes soient composés de corpuscules trop petits et pas assez nombreux pour s'agglomérer et former des planètes", explique Luca Ricci. Or, le disque de Rho-Oph 102 est constitué de grains du millimètre au centimètre qui s'étendent sur 40 unités astronomiques, représentant jusqu'à 1 % de la masse de l'étoile... exactement comme ceux des étoiles solaires ! Une bonne nouvelle pour les astronomes qui traquent la vie extraterrestre, car les naines brunes seraient aussi nombreuses que les soleils dans la Voie lactée ; et surtout, leur faible rayon permettrait de détecter plus facilement des planètes autour d'elles. "La seule méthode d'analyse de l'atmosphère des exoplanètes consiste à capter la variation de la lumière de l'étoile lorsque la planète passe devant elle, explique Emeline Bolmont, spécialiste des naines brunes à l'Observatoire de Bordeaux. Une Terre passant devant une étoile aussi petite qu'une naine brune sera forcément très visible".
Les astronomes prévoient déjà d'exploiter la puissance du télescope JWST, qui devrait être en orbite en 2018. En attendant, ils évaluent la possibilité qu'une planète habitable existe autour de ces étoiles atypiques. Les premiers modèles viennent de livrer leurs résultats : malgré leur faible luminosité, les naines brunes pourraient chauffer assez pour qu'une planète abrite de l'eau liquide. Un argument de poids pour se convaincre encore un peu plus que nous ne sommes pas seuls dans l'Univers...
M.F. - SCIENCE & VIE > Février > 2013 |
Naine Brune de 100°C |
100°C : c'est la température de l'étoile la plus froide, qu'une équipe de l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble a repérée grâce au VLT à 75 années-lumière de la Terre.
Il s'agit d'une naine brune, dont la masse était trop faible pour déclencher les réactions de fusion nucléaire propres aux étoiles. Sa température de surface atteint donc seulement celle d'ébullition de l'eau, bien loin des 5500°C de la surface de notre Soleil.
T.D.-R. - SCIENCE & VIE > Juin > 2011 |
Repère d'Étoiles Ratées |
Cette image, obtenue voici un peu plus de deux ans avec une lunette de 127 mm, se retrouve en pleine actualité par la découverte de trois naines brunes (des étoiles trop petites pour se mettre à briller), très peu massives, dans l'amas stellaire visible en haut à gauche, sous l'étoile brillante.
Cet amas, NGC 1333, se trouve à 1000 années-lumière de la Terre, dans la constellation de Persée. Il réside au sein d'une vaste région de formation d'étoiles : la nébuleuse IC 348 (->), qui s'étend sur tout le champ de la photo. C'est au milieu de ses étoiles âgées de 3 millions d'années que les astronomes de l'observatoire de Grenoble, utilisant le télescope de 3,6 m Canada-France-Hawaï, ont identifié trois astres de moins de 10 fois la masse de Jupiter. Ce sont à ce jour les plus petites naines brunes détectées.
T.D.-R. - SCIENCE & VIE > Juin > 2011 |