Une découverte accidentelle révèle un objet cosmique aux propriétés étranges

Les naines brunes sont des objets particuliers ; ni tout à fait des planètes et ni tout à fait des étoiles, leur dynamique singulière intéresse les astrophysiciens depuis leur découverte. Découvert par un astronome amateur, « l’Accident », une naine brune peu commune comparée à ses quelques 2000 homologues détectés jusqu’à maintenant, révèle des propriétés étonnantes concernant les naines brunes ultra-froides. Cette découverte pourrait impliquer un nombre bien plus important de naines brunes dans la Voie lactée que précédemment estimé. 

Une nouvelle étude offre une explication sur la façon dont un objet cosmique particulier appelé WISEA J153429.75-104303.3 – surnommé « L’Accident » – est né. L’Accident est une naine brune. Bien qu’ils se forment comme des étoiles, ces objets n’ont pas assez de masse pour déclencher la fusion nucléaire, le processus qui fait briller les étoiles. Et tandis que les naines brunes défient parfois la caractérisation, les astronomes ont une bonne compréhension de leurs caractéristiques générales. Jusqu’à ce qu’ils trouvent cet objet.

L’Accident : une naine brune aux propriétés étranges

L’Accident a obtenu son nom après avoir été découvert par pure chance. Il a échappé aux recherches normales car il ne ressemble à aucune des 2000 naines brunes qui ont été trouvées dans notre galaxie jusqu’à présent. À mesure que les naines brunes vieillissent, elles se refroidissent et leur luminosité dans différentes longueurs d’onde de la lumière change. Ce n’est pas sans rappeler la façon dont certains métaux, lorsqu’ils sont chauffés, passent du blanc brillant au rouge foncé en refroidissant.

L’Accident a dérouté les scientifiques car il était faible dans certaines longueurs d’onde clés, suggérant qu’il était très froid (et ancien), mais brillant dans d’autres, indiquant une température plus élevée. Cet objet a défié toutes les attentes, selon Davy Kirkpatrick, astrophysicien à l’IPAC à Caltech. Lui et ses co-auteurs postulent dans leur nouvelle étude, publiée dans l’Astrophysical Journal Letters, que l’Accident pourrait avoir entre 10 et 13 milliards d’années – au moins le double de l’âge médian des autres naines brunes connues.

Cela signifie qu’il se serait formé lorsque notre galaxie était beaucoup plus jeune et avait une composition chimique différente. Si tel est le cas, il y a probablement beaucoup plus de ces anciennes naines brunes qui se cachent dans notre environnement galactique. L’Accident a été repéré pour la première fois par le Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) de la NASA, lancé en 2009 sous le nom de WISE et géré par le Jet Propulsion Laboratory.

Une naine brune extrêmement froide

Parce que les naines brunes sont des objets relativement froids, elles émettent principalement de la lumière infrarouge, ou des longueurs d’onde plus longues que ce que l’œil humain peut voir. Pour comprendre comment l’Accident pouvait avoir des propriétés apparemment contradictoires – certaines suggérant qu’il y fait très froid, d’autres indiquant qu’il y fait beaucoup plus chaud – les scientifiques avaient besoin de plus d’informations.

Ils l’ont donc observé dans des longueurs d’onde infrarouges supplémentaires avec un télescope au sol à l’observatoire W. M. Keck à Hawaï. Mais la naine brune est apparue si faible dans ces longueurs d’onde qu’ils n’ont pas pu la détecter du tout, confirmant apparemment leur suggestion que sa température était extrêmement basse.

Ils ont ensuite entrepris de déterminer si la pénombre résultait du fait que l’Accident était plus éloigné que prévu de la Terre. Mais ce n’était pas le cas, selon des mesures de distance précises effectuées par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA. Après avoir déterminé la distance de l’objet – à environ 50 années-lumière de la Terre –, l’équipe s’est rendue compte qu’il se déplaçait rapidement – ​​à environ 800 000 km/h.

Des propriétés expliquées par l’âge de l’Accident

C’est beaucoup plus rapide que toutes les autres naines brunes connues à cette distance de la Terre, ce qui signifie qu’elle fait probablement le tour de la galaxie depuis longtemps, rencontrant des objets massifs qui l’accélèrent via leur gravité. Avec un tas de preuves suggérant que l’Accident est extrêmement ancien, les chercheurs proposent que ses propriétés étranges ne sont pas du tout « étranges », et qu’elles peuvent être un indice de son âge.

Lorsque la Voie lactée s’est formée il y a environ 13.6 milliards d’années, elle était presque entièrement composée d’hydrogène et d’hélium. D’autres éléments, comme le carbone, se sont formés à l’intérieur des étoiles ; lorsque les étoiles les plus massives ont explosé en supernova, elles ont dispersé les éléments dans toute la galaxie.

Le méthane, composé d’hydrogène et de carbone, est courant chez la plupart des naines brunes qui ont une température similaire à celle de l’Accident. Mais son profil léger suggère qu’il contient très peu de méthane. Comme toutes les molécules, le méthane absorbe des longueurs d’onde spécifiques de la lumière, donc une naine brune riche en méthane serait faible dans ces longueurs d’onde. L’Accident, en revanche, est brillant dans ces longueurs d’onde, ce qui pourrait indiquer de faibles niveaux de méthane.

Ainsi, le profil lumineux de L’Accident pourrait correspondre à celui d’une très vieille naine brune qui s’est formée lorsque la galaxie était encore pauvre en carbone ; très peu de carbone à la formation signifie très peu de méthane dans son atmosphère aujourd’hui. « Ce n’est pas une surprise de trouver une naine brune aussi vieille, mais c’est une surprise d’en trouver une dans notre secteur », explique Federico Marocco, astrophysicien à l’IPAC.

Sources : Astrophysical Journal Letters