Combien petits sont les plus petits objets célestes qui se forment comme des étoiles, mais ne produisent pas leur propre lumière ? Quelle est leur fréquence par rapport aux étoiles à part entière ? Que diriez-vous de "planètes voyous, " qui s'est formé autour des étoiles avant d'être projeté dans l'espace interstellaire ? Lors du lancement du télescope spatial James Webb de la NASA en 2021, il éclairera ces questions.

Y répondre établira une frontière entre les objets qui se forment comme des étoiles, qui naissent de l'effondrement gravitationnel de nuages ​​de gaz et de poussière, et ceux qui se forment comme des planètes, qui sont créés lorsque le gaz et la poussière s'agglutinent en un disque autour d'une jeune étoile. Il distinguera également entre les idées concurrentes sur les origines des naines brunes, objets avec des masses comprises entre 1% et 8% du Soleil qui ne peuvent pas soutenir la fusion d'hydrogène à leurs noyaux.

Dans une étude dirigée par Aleks Scholz de l'Université de St Andrews au Royaume-Uni, les chercheurs utiliseront Webb pour découvrir le plus petit, les résidents les plus faibles d'une pépinière stellaire à proximité appelée NGC 1333. Situé à environ 1, 000 années-lumière dans la constellation de Persée, l'amas stellaire NGC 1333 est assez proche en termes astronomiques. Il est également très compact et contient de nombreuses jeunes étoiles. Ces trois facteurs en font un endroit idéal pour étudier la formation des étoiles en action, en particulier pour ceux qui s'intéressent à très faible, objets flottants.

"Les naines brunes les moins massives identifiées à ce jour ne sont que cinq à dix fois plus lourdes que la planète Jupiter, " a expliqué Scholz. " Nous ne savons pas encore si des objets de masse encore plus faible se forment dans les pépinières stellaires. Avec Webb, nous nous attendons à identifier pour la première fois des membres de l'amas aussi chétifs que Jupiter. Leur nombre par rapport aux naines brunes et aux étoiles plus lourdes nous éclairera sur leurs origines et nous donnera également des indices importants sur le processus de formation des étoiles plus largement. »

Une frontière floue

Les objets de très faible masse sont cool, ce qui signifie qu'ils émettent la plupart de leur lumière dans les longueurs d'onde infrarouges. L'observation de la lumière infrarouge à partir de télescopes au sol est difficile en raison des interférences de l'atmosphère terrestre. En raison de sa taille et de sa capacité à voir la lumière infrarouge avec une sensibilité sans précédent, Webb est idéal pour trouver et caractériser de jeunes objets flottant librement avec des masses inférieures à cinq Jupiter.

La distinction entre les naines brunes et les planètes géantes est floue.

"Il y a des objets avec des masses inférieures à la marque 10-Jupiter flottant librement à travers l'amas. Comme ils ne sont en orbite autour d'aucune étoile en particulier, on peut les appeler naines brunes, ou des objets de masse planétaire, puisqu'on ne sait pas mieux, " a déclaré Koraljka Muzic, membre de l'équipe de l'Université de Lisbonne au Portugal. " D'autre part, certaines planètes géantes massives peuvent avoir des réactions de fusion. Et certaines naines brunes peuvent se former dans un disque."

Il y a aussi le problème des "planètes voyous" - des objets qui se forment comme des planètes et sont ensuite éjectés de leur système solaire. Ces corps flottants sont voués à errer entre les étoiles pour toujours.

Des dizaines à la fois

L'équipe utilisera l'imageur infrarouge proche et le spectrographe sans fente (NIRISS) de Webb pour étudier ces divers objets de faible masse. Un spectrographe décompose la lumière d'une source unique en ses couleurs composantes de la même manière qu'un prisme divise la lumière blanche en un arc-en-ciel. Cette lumière porte les empreintes digitales produites lorsque le matériau émet ou interagit avec la lumière. Les spectrographes permettent aux chercheurs d'analyser ces empreintes digitales et de découvrir des propriétés telles que la température et la composition.

NIRISS fournira à l'équipe des informations simultanées sur des dizaines d'objets. "C'est la clé. Pour une confirmation sans ambiguïté d'une naine brune ou d'une planète voyou, nous devons voir les signatures d'absorption des molécules - l'eau et le méthane principalement - dans les spectres, " a expliqué Ray Jayawardhana, membre de l'équipe de l'Université Cornell. " La spectroscopie prend du temps, et être capable d'observer de nombreux objets simultanément aide énormément. L'alternative est de prendre d'abord des images, mesurer les couleurs, sélectionner les candidats, puis allez prendre des spectres, ce qui prendra beaucoup plus de temps et repose sur plus d'hypothèses."