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Première détection directe d’une naine brune par un radiotélescope

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Vue d'artiste de la naine brune détectée. | ASTRON/Danielle Futselaar

Les naines brunes sont des objets substellaires dont la masse est insuffisante pour appartenir à la catégorie des étoiles, mais tout de même plus grande que celle des planètes géantes. Les naines brunes ne possèdent ainsi pas la masse nécessaire pour amorcer les réactions de fusion thermonucléaire de l’hydrogène qui alimentent les véritables étoiles. Jusqu’à maintenant, toutes les naines brunes ont été détectées lors d’observations infrarouges puis confirmées par des observations dans le domaine radio. Mais récemment, et pour la première fois, une équipe d’astrophysiciens a détecté une naine brune à l’aide de radiotélescopes sans recourir d’abord aux infrarouges. Un résultat important qui pourrait faciliter la traque des exoplanètes géantes. 

BDR J1750 + 3809 (surnommée « Elegast » par l’équipe de découverte) a d’abord été identifiée à l’aide des données du télescope Low-Frequency Array (LOFAR) en Europe, puis confirmée à l’aide de télescopes au sommet du Maunakea, à savoir l’International Gemini Observatory, et l’InfraRed Telescope Facility de la NASA. La découverte directe de ces objets avec des radiotélescopes sensibles tels que LOFAR est une avancée significative, car elle démontre que les astronomes peuvent détecter des objets trop froids et trop faibles pour être trouvés dans des relevés infrarouges, et peut-être même détecter des exoplanètes gazeuses géantes.

Généralement, les naines brunes sont découvertes par des observations infrarouges du ciel. Elegast, cependant, représente le premier objet substellaire à être détecté à l’aide d’un radiotélescope, selon un communiqué de l’Université d’Hawaï. « Ce travail met en avant une toute nouvelle méthode pour trouver les objets les plus froids flottant à proximité du Soleil, qui seraient autrement trop froids pour être découverts avec les méthodes utilisées depuis 25 ans », explique Michael Liu, auteur de l’étude et chercheur à l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï.

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Naines brunes : des émetteurs infrarouges et radio

Les naines brunes chevauchent la frontière entre les plus grandes planètes et les plus petites étoiles. Parfois surnommées « étoiles ratées », les naines brunes n’ont pas la masse nécessaire pour déclencher la fusion de l’hydrogène dans leur noyau, et à la place, elles brillent aux longueurs d’onde infrarouges avec la chaleur résiduelle de leur formation. Aussi surnommées « super-planètes », les naines brunes possèdent des atmosphères gazeuses qui ressemblent plus aux planètes géantes gazeuses de notre système solaire qu’à une étoile.

Alors que les naines brunes n’enclenchent pas les réactions de fusion à l’origine de la luminosité des étoiles, elles peuvent émettre de la lumière à des longueurs d’onde radio. Le processus sous-jacent alimentant cette émission radio est familier, car il se produit également dans la plus grande planète du Système solaire. Le puissant champ magnétique de Jupiter accélère les particules chargées telles que les électrons, qui à leur tour produisent des radiations, dans ce cas des ondes radio et des aurores.

images radio LOFAR naine brune
Images radio du radiotélescope LOFAR montrant la naine brune Elegast « apparaître » et « disparaître » en fonction du temps et de sa luminosité. Crédits : H. K. Vedantham et al. 2020

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Le fait que les naines brunes soient des émetteurs radio a permis à la collaboration internationale des astronomes derrière ce résultat de développer une nouvelle stratégie d’observation. Des émissions radio avaient auparavant été détectées à partir d’une poignée de naines brunes froides, qui ont été découvertes et cataloguées par des relevés infrarouges avant d’être observées avec des radiotélescopes.

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Mesurer en détail les propriétés des champs magnétiques exoplanétaires

L’équipe a décidé d’inverser cette stratégie, en utilisant un radiotélescope sensible pour découvrir des sources radio froides et faibles, puis effectuer des observations infrarouges de suivi avec des télescopes Maunakea pour les catégoriser. « Nous nous sommes demandés : ‘Pourquoi pointer notre radiotélescope vers des naines brunes cataloguées ? Prenons juste une grande image du ciel et découvrons ces objets directement dans le domaine radio’ », déclare Harish Vedantham, auteur principal de l’étude et astronome de l’Institut néerlandais de radioastronomie (ASTRON).

En plus d’être un résultat intéressant en lui-même, la découverte de BDR J1750 + 3809 pourrait donner un aperçu d’un avenir où les astronomes pourront mesurer les propriétés des champs magnétiques des exoplanètes. Les naines brunes froides sont les objets les plus proches des exoplanètes que les astronomes peuvent actuellement détecter avec des radiotélescopes, et cette découverte pourrait être utilisée pour tester des théories prédisant la force du champ magnétique des exoplanètes. Les champs magnétiques sont un facteur important pour déterminer les propriétés atmosphériques et l’évolution à long terme des exoplanètes.

Sources : arXiv

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