L’étoile ratée la plus proche serait striée de nuages comme Jupiter

Modélisation de la surface de Luhman 16 B. © université d'Arizona
En modélisant la surface de la naine brune Luhman 16 B, une équipe de chercheurs dresse le portrait d’un monde littéralement rayé par le vent, à l’instar de notre planète Jupiter. Cette découverte promet des évolutions dans la recherche d’objets provenant d’autres systèmes stellaires.

Les naines brunes, plus planètes qu’étoiles ? Selon une étude publiée le 8 janvier 2021, l’une d’elles, Luhman 16 B, aurait une atmosphère ressemblant à celui d’une planète géante gazeuse. Sa surface a pu être modélisée grâce aux observations menées par Dániel Apai, Domenico Nardiello et Luigi R. Bedin. À l’image de Jupiter, cette naine brune serait striée de multiples bandes sombres.

Luhman 16 B est la naine brune la plus proche du Système solaire, à seulement 6,5 années-lumière. En raison de sa très faible luminosité, les recherches ont demandé un travail minutieux des scientifiques, qui ont notamment eu recours au satellite Tess, piloté par la Nasa.

En rouge, les naines brunes les plus proches du Soleil.
Le duo Luhman 16, ou WISE 1049-5319, sont les naines brunes les plus proches connues. Nos autres voisines sont des étoiles similaires au Soleil (comme Alpha Centauri) ou des naines rouges (Proxima, Étoile de Barnard).

Des nuages et du vent, comme sur Jupiter

Lancé le 18 avril 2018, Tess a sondé 75 % de la voûte céleste en deux ans, en consacrant 27 jours à chaque secteur d’observation. Bien que sa mission principale soit la recherche d’exoplanètes, le satellite a braqué son télescope pendant un mois sur Luhman 16, un couple de naines brunes liées par la gravitation. Tess ne peut pas photographier la surface de Luhman 16 B, l’une des deux composantes, à cause d’une résolution insuffisante de ses images. Cependant, il est conçu pour mesurer très précisément le flux de lumière émis par les astres (ou photométrie). Grâce à des observations répétées, les scientifiques ont pu constituer une courbe des fluctuations de la lumière du corps céleste.

« Nous avons eu recours à une technique innovante afin d’obtenir une photométrie de grande précision, ce qui est nécessaire lorsque l’on observe des objets aussi faibles que Luhman 16 B », explique Domenico Nardiello (Laboratoire d’astrophysique de Marseille). En effectuant un calcul d’estimation spectrale appelé « périodogramme » sur les courbes, les chercheurs ont mis en évidence de multiples signaux périodiques. « Ces pics détectés sur les courbes réfèrent à la rotation de l’atmosphère à la surface de l’astre, qui correspond à un temps de rotation d’environ 5 heures », ajoute l’astrophysicien.

L’étude de l’atmosphère de Luhman 16 B a ainsi permis de modéliser sa surface. Verdict : la naine brune est balayée par des vents parallèles à l’équateur, plus intenses dans l’hémisphère Sud. Ces vents, comparables aux jet-streams terrestres, attestent que la structure atmosphérique de l’astre est similaire à celle de… Jupiter. Pourtant, les caractéristiques de Luhman 16 B sont sans équivoque : hormis son atmosphère, elle ne partage que peu de caractéristiques avec la géante gazeuse.

Luhman 16 A et B, victimes d’un défaut à l’allumage

Les deux naines brunes de Luhman 16 sont séparées par 3,5 UA (3,5 fois la distance Terre-Soleil). Elles orbitent autour d’un centre gravitationnel commun et ont un diamètre proche de celui de Jupiter, soit quelque 70 000 km. En revanche, leur masse est bien supérieure. Celle de Luhman 16 B est ainsi de 28 masses joviennes (Mj). En outre, l’étude des naines brunes a révélé que leur composition diffère de celles des planètes. Avec une masse comprise entre 13 Mj et 75 Mj, on considère ces astres comme des étoiles mort-nées. En effet, une étoile doit au moins égaler 85 Mj : c’est la limite à partir de laquelle la pression dans son noyau devient suffisante pour amorcer la fusion massive d’atomes et faire briller l’objet (comme le Soleil).

Le système Luhman 16 photographié par Wise et Gemini South (cadre). © Nasa/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF
Luhman 16 A et B sont les naines brunes les plus proches connues. Le système est photographié par Wise sans en distinguer les deux composantes(ci-dessus). Il n’a pu être résolu que par le télescope Gemini South (cadre). © Nasa/JPL/Gemini Observatory/AURA/NSF

À cause d’une pression trop faible, le cœur des naines brunes crée seulement la fusion d’atomes de deutérium. La température de surface n’excède pas 2 000 °C et leur luminosité, très amoindrie dès le départ, décroît progressivement au cours de leur existence. Ces caractéristiques rendent des astres tels que Luhman 16 A et B difficilement perceptibles avec des télescopes terrestres malgré leur proximité. Les données recueillies par le satellite WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) et TESS ont permis d’éclairer les scientifiques sur leur composition et leur structure de surface.

Une technique d’exploration des exoplanètes

L’étude d’un astre peu lumineux comme Luhman 16 B constitue un premier pas dans la cartographie des surfaces d’exoplanètes. Toutefois, il s’agit d’une méthode indirecte. « On ne peut pas cartographier avec précision l’atmosphère des exoplanètes avec nos instruments actuels. Mais nous y parviendrons dans un futur proche, c’est une certitude » affirme Domenico Nardiello. Pour cela, il faudrait d’abord disposer de longues fenêtres d’observation (environ 30 minutes par heure) afin d’obtenir des courbes de luminosité viables. Ensuite, il faudrait arriver à « voir » directement la surface des astres observés afin d’en dresser une imagerie directe. « C’est encore difficile avec les instruments actuels, conclut l’astronome. Mais en continuant à observer des naines brunes, et pas seulement Luhman 16 AB, de nouvelles données devraient voir le jour dans la modélisation des exoplanètes géantes et leur atmosphère. »

Pour l’heure, l’équipe de Daniel Apai attend de nouvelles données du satellite TESS. Les observations de Luhman 16 devraient se poursuivre en mars et en mai 2021 avec une nouvelle stratégie qui promet de capter plus de détails sur la courbe de lumière. Avec deux mois d’observation complets, les scientifiques compareront les données avec celles obtenues en 2018. Ces prochaines analyses devraient révéler si la surface de la naine brune a évolué en deux ans, et ainsi donner de nouvelles clés de compréhension sur ces mystérieux corps que sont les étoiles avortées.

Vidéo de présentation de la découverte par l’équipe de Daniel Apai

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