James Webb : des nuages de sable observés pour la première fois sur un objet céleste hors du système solaire

nuages sable naine brune
Illustration d'une naine brune. | NASA/JPL-Caltech
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L’objet en question est une naine brune, située à quelque 72 années-lumière, dans la constellation du Corbeau. Grâce aux récentes observations du télescope James Webb, une équipe d’astronomes a découvert des nuages ​​de silicate dans son atmosphère. C’est la première fois que de tels nuages sont observés sur un objet de masse planétaire situé en dehors du système solaire. Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension des objets de type naine brune.

Toutes les étoiles ont une masse supérieure à environ 75 fois celle de Jupiter. Les naines brunes sont considérées comme des étoiles « ratées » : elles sont plus massives que les planètes géantes, mais pas assez massives pour briller intensément comme une étoile — sa masse est inférieure à la masse minimale nécessaire à la fusion thermonucléaire de l’hydrogène en son noyau. Leur masse est toutefois suffisante pour la fusion thermonucléaire du deutérium ; ainsi, elles sont capables d’émettre leur propre chaleur et leur propre lumière — ce qui les différencie d’une planète.

La naine brune VHS 1256 b a une masse équivalente à environ 19 fois la masse de Jupiter ; elle a été découverte en 2015, par une équipe d’astronomes espagnols. Elle est en réalité le compagnon d’un système binaire (VHS 1256), composé de deux autres naines brunes orbitant l’une autour de l’autre. VHS 1256 b est une naine brune relativement jeune, dotée d’une atmosphère aux teintes rougeâtres. Le James Webb, spécifiquement conçu pour les observations dans l’infrarouge, a pu détecter le rayonnement de cet objet, aussi faible qu’il soit. Une équipe dirigée par l’astronome Brittany Miles, de l’Université de Californie à Santa Cruz, a entrepris de déterminer la composition de cette atmosphère à partir des données de Webb.

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Le spectre infrarouge le plus précis jamais obtenu

À noter qu’il s’agit de la même équipe qui a publié la semaine dernière, la toute première image directe d’une exoplanète (la planète HIP 65426 b, une planète semblable à Jupiter, qui orbite autour d’une étoile naine à environ 385 années-lumière de la Terre). Elle livre aujourd’hui d’autres informations inédites qui marquent une nouvelle « grande première » pour le télescope.

Selon les chercheurs, le spectre infrarouge de VHS 1256 b est le plus fidèle à ce jour d’un objet de masse planétaire. Parce que le James Webb est capable d’observer dans une large gamme d’infrarouges, sa composition est apparue beaucoup plus clairement que celle d’autres naines brunes étudiées auparavant. « L’eau, le méthane, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le sodium et le potassium sont observés dans plusieurs portions du spectre du JWST sur la base de comparaisons avec des spectres de naines brunes modèles, des opacités moléculaires et des modèles atmosphériques », écrivent les chercheurs dans leur article de préimpression.

La raie caractéristique du monoxyde de carbone était la mieux résolue et dotée du rapport signal/bruit le plus élevé jamais obtenu à ce jour. Il se trouve que du dioxyde de carbone a également été détecté, quelques jours seulement après que le James Webb en a détecté pour la première fois dans l’atmosphère d’une autre exoplanète — WASP-39b, une géante gazeuse située à environ 700 années-lumière.

Ils ont également observé de nombreux nuages disséminés dans l’atmosphère de cette pseudoplanète. Mais à la différence des nuages terrestres composés de gouttelettes d’eau, ceux-ci contenaient de minuscules particules de silicate, semblables à des grains de sable.

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Des données utiles pour les futures observations

Selon l’équipe, il s’agit probablement de minéraux tels que la forstérite, l’enstatite ou le quartz — que l’on trouve également dans le manteau terrestre. Les astronomes avaient déjà prédit l’existence de nuages ​​de poussière de silicate dans certaines naines brunes, sur la base de leurs couleurs et de modélisations informatiques, mais il s’agit de la première preuve directe de l’existence de ces nuages.

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VHS 1256 b (hexagone rouge) est un analogue des exoplanètes imagées directement, en raison de leurs couleurs similaires dans le proche infrarouge. Par rapport aux naines brunes de température similaire, elles conservent ces couleurs en raison de gravités de surface plus faibles, qui permettent aux nuages de s’attarder dans la haute atmosphère. © B. Miles et al.

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Les scientifiques sont désormais certains que la luminosité des naines brunes peut potentiellement varier selon l’épaisseur et la position de ces nuages de poussière. Il s’agit d’une indication essentielle pour interpréter correctement les futures observations de ce type d’objet. De surcroît, ils ont pu constater que l’atmosphère de VHS 1256 b était particulièrement agitée.

C’est une étape importante, car jusqu’à présent, les experts ne comprenaient pas d’où pouvait venir le « déséquilibre chimique » observé dans l’atmosphère de certaines exoplanètes. « Dans une atmosphère calme, il y a un rapport attendu entre, disons, le méthane et le monoxyde de carbone. Mais dans de nombreuses atmosphères d’exoplanètes, nous constatons que ce rapport est très faussé, ce qui suggère qu’il y a un mélange vertical turbulent dans ces atmosphères », explique Sasha Hinkley, professeur associé au Département de physique et d’astronomie de l’Université d’Exeter et co-auteur de l’article décrivant la découverte.

« Ces premiers résultats des observations scientifiques du JWST sont révolutionnaires et peuvent également être obtenus pour de nombreuses autres naines brunes proches qui seront observées lors des prochains cycles d’observation », conclut l’équipe. Les données du télescope aideront également à mieux comprendre la physique atmosphérique des exoplanètes.

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Source : B. Miles et al., arXiv

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