Le concept de cet artiste montre une naine brune avec des bandes de nuages, pensé pour ressembler à ceux vus à Neptune et les autres planètes extérieures. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Objets obscurs appelés naines brunes, moins massif que le soleil mais plus massif que Jupiter, ont des vents et des nuages puissants, en particulier, nuages chauds et épars faits de gouttelettes de fer et de poussière de silicate. Les scientifiques ont récemment réalisé que ces nuages géants peuvent se déplacer et s'épaissir ou s'amincir étonnamment rapidement, en moins d'un jour terrestre, mais ne comprenait pas pourquoi.
Maintenant, les chercheurs ont un nouveau modèle pour expliquer comment les nuages se déplacent et changent de forme chez les naines brunes, en utilisant les informations du télescope spatial Spitzer de la NASA. Les ondes géantes provoquent un mouvement à grande échelle de particules dans les atmosphères des naines brunes, changer l'épaisseur des nuages de silicate, les chercheurs rapportent dans la revue Science . L'étude suggère également que ces nuages sont organisés en bandes confinées à différentes latitudes, voyager à différentes vitesses dans différentes bandes.
"C'est la première fois que nous voyons des bandes et des ondes atmosphériques chez des naines brunes, " a déclaré l'auteur principal Daniel Apai, professeur agrégé d'astronomie et de sciences planétaires à l'Université de l'Arizona à Tucson.
Tout comme dans l'océan terrestre, différents types d'ondes peuvent se former dans les atmosphères planétaires. Par exemple, dans l'atmosphère terrestre, de très longues vagues mélangent l'air froid des régions polaires aux moyennes latitudes, qui conduisent souvent à la formation ou à la dissipation des nuages.
La distribution et les mouvements des nuages sur les naines brunes dans cette étude sont plus similaires à ceux observés sur Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Neptune a des structures nuageuses qui suivent également des chemins en bandes, mais ses nuages sont de glace. Observations de Neptune depuis le vaisseau spatial Kepler de la NASA, opérant dans sa mission K2, étaient importants dans cette comparaison entre la planète et les naines brunes.
"Les vents atmosphériques des naines brunes semblent ressembler davantage au modèle régulier de ceintures et de zones familiers de Jupiter qu'à l'ébullition atmosphérique chaotique observée sur le soleil et de nombreuses autres étoiles, ", a déclaré le co-auteur de l'étude Mark Marley au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie.
les naines peuvent être considérées comme des étoiles ratées car elles sont trop petites pour fusionner des éléments chimiques dans leur noyau. On peut aussi les considérer comme des "super planètes" car elles sont plus massives que Jupiter, mais ont à peu près le même diamètre. Comme les planètes géantes gazeuses, les naines brunes sont principalement composées d'hydrogène et d'hélium, mais on les trouve souvent en dehors de tout système planétaire. Dans une étude de 2014 utilisant Spitzer, les scientifiques ont découvert que les naines brunes ont généralement des tempêtes atmosphériques.
En raison de leur similitude avec les exoplanètes géantes, les naines brunes sont des fenêtres sur des systèmes planétaires au-delà du nôtre. Il est plus facile d'étudier les naines brunes que les planètes car elles n'ont souvent pas d'étoile hôte brillante qui les obscurcit.
"Il est probable que la structure en bandes et les grandes ondes atmosphériques que nous avons trouvées chez les naines brunes seront également courantes dans les exoplanètes géantes, " dit Apai.
En utilisant Spitzer, les scientifiques ont surveillé les changements de luminosité chez six naines brunes pendant plus d'un an, en observant chacun d'eux tourner 32 fois. Comme une naine brune tourne, ses nuages entrent et sortent de l'hémisphère vu par le télescope, provoquant des changements dans la luminosité de la naine brune. Les scientifiques ont ensuite analysé ces variations de luminosité pour explorer la répartition des nuages de silicate dans les naines brunes.
Les nuages de Jupiter vus par la mission Juno de la NASA. Crédit :Jet Propulsion Laboratory
Les chercheurs s'attendaient à ce que ces naines brunes aient des tempêtes elliptiques ressemblant à la grande tache rouge de Jupiter, causés par les zones de haute pression. La Grande Tache Rouge est présente à Jupiter depuis des centaines d'années et change très lentement :de telles "taches" ne pourraient pas expliquer les changements rapides de luminosité que les scientifiques ont vus en observant ces naines brunes. Les niveaux de luminosité des naines brunes variaient considérablement juste au cours d'une journée terrestre.
Pour donner un sens aux hauts et aux bas de la luminosité, les scientifiques ont dû repenser leurs hypothèses sur ce qui se passait dans les atmosphères des naines brunes. Le meilleur modèle pour expliquer les variations implique de grandes vagues, se propageant dans l'atmosphère avec des périodes différentes. Ces vagues feraient tourner les structures nuageuses à différentes vitesses dans différentes bandes.
La chercheuse de l'Université d'Arizona, Theodora Karalidi, a utilisé un superordinateur et un nouvel algorithme informatique pour créer des cartes de la façon dont les nuages se déplacent sur ces naines brunes.
"Lorsque les pics des deux vagues sont décalés, au cours de la journée, il y a deux points de luminosité maximale, " dit Karalidi. " Quand les vagues sont synchronisées, vous obtenez un grand pic, rendant la naine brune deux fois plus brillante qu'avec une seule vague."
Les résultats expliquent le comportement déroutant et les changements de luminosité que les chercheurs ont déjà vus. L'étape suivante consiste à essayer de mieux comprendre les causes des vagues qui entraînent le comportement des nuages.
