Astrophysique - Des Suisses tentent de percer le mystère des naines brunes

Il n’est pas toujours facile de classer des objets célestes. Ainsi, Jupiter et d’autres planètes gazeuses sont composées principalement d’hydrogène et d’hélium. Mais les étoiles comme notre Soleil aussi. Ce qui distingue ces dernières des premières, c’est qu’elles sont si massives et leur force gravitationnelle est si puissante que leurs atomes d’hydrogène fusionnent en hélium, provoquant un gigantesque dégagement d’énergie et de lumière. La différence entre planète et étoile est donc assez simple à faire.

C’est moins évident avec ce que l’on nomme les naines brunes. Faites de gaz, leur masse se situe entre la planète géante et l’étoile. Pas assez massives pour fusionner leur hydrogène en hélium, elles le transforment tout de même en deutérium. Cela produit nettement moins d’énergie et de lumière que des étoiles, c’est pour cela que les astronomes les nomment des «étoiles ratées».

«Toutefois, on ne sait toujours pas où se situe exactement la limite en masse des naines brunes, limite qui permet de les distinguer des étoiles de faible masse qui brûlent leur hydrogène pendant plusieurs milliards d’années, alors qu’une naine brune a une phase de combustion plus courte puis reste beaucoup plus froide et plus faible», souligne Nolan Grieves, chercheur au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’Université de Genève (UNIGE), membre du PRN PlanetS et premier auteur d’une nouvelle étude sur les naines brunes publiées ce 27 août dans la revue «Astronomy & Astrophysics».

Car pour en savoir plus sur ces objets célestes, il faut les étudier en détail, mais ils sont plutôt rares. On en recense une trentaine seulement, contre des centaines d’exoplanètes géantes que les scientifiques connaissent en détail. C’est pour cela que cette équipe internationale dirigée par l’UNIGE s’est penchée sur cinq objets qualifiés «d’intérêt» par le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA. Ils sont recensés comme «compagnons», car ils orbitent et transitent autour de leur étoile hôte respective. Ils le font avec des périodes de 5 à 27 jours, ont des rayons compris entre 0,81 et 1,66 fois celui de Jupiter mais sont par contre entre 77 et 98 fois plus massifs qu’elle. Cela les place donc à la limite entre les naines brunes et les étoiles.

L’un des indices que les scientifiques ont découvert et qui indique que ces objets sont des naines brunes est la relation entre leur taille et leur âge, comme l’explique François Bouchy, professeur à l’UNIGE et membre du PNR PlanetS: «Les naines brunes sont censées rétrécir avec le temps, car elles brûlent leurs réserves de deutérium et se refroidissent. Ici, nous avons constaté que les deux objets les plus anciens, TOI 587 et 681, ont un rayon plus petit, tandis que les deux compagnons plus jeunes, TOI-148 and TOI-746, ont un rayon plus grand.»

Pourtant, ces objets sont si proches de la limite qu’ils pourraient tout aussi bien être des étoiles de très faible masse, les astronomes ne sont d’ailleurs toujours pas certains de leur nature de naine brune. «Même avec ces objets supplémentaires, nous manquons encore de données pour tirer des conclusions définitives sur les différences de distinction entre les naines brunes et les étoiles de faibles masses. D’autres études sont nécessaires pour en savoir plus», conclut Grieves.

Mais «chaque nouvelle découverte révèle des indices supplémentaires sur la nature des naines brunes et nous permet de mieux comprendre comment elles se forment et pourquoi elles sont si rares», précise Monika Lendl, chercheuse au Département d’astronomie de l’UNIGE et membre du PRN PlanetS.