Cette image fait partie d'un relevé du télescope spatial Hubble pour les étoiles de faible masse, naines brunes, et les planètes de la nébuleuse d'Orion. Chaque symbole identifie une paire d'objets, qui peut être vu au centre du symbole comme un seul point de lumière. Des techniques spéciales de traitement d'image ont été utilisées pour séparer la lumière des étoiles en une paire d'objets. Le cercle intérieur le plus épais représente le corps principal, et le cercle extérieur plus fin indique le compagnon. Les cercles sont codés par couleur :Rouge pour une planète; orange pour une naine brune; et jaune pour une étoile. Dans le coin supérieur gauche se trouve une paire planète-planète en l'absence d'étoile parente. Au milieu du côté droit se trouve une paire de naines brunes. La partie de la nébuleuse d'Orion mesure environ 4 par 3 années-lumière. Crédit :NASA, ESA, et G. Strampelli (STScI)
En utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA pour scruter profondément dans la vaste pépinière stellaire appelée la nébuleuse d'Orion, les astronomes ont cherché de petits, corps pâles. Ce qu'ils ont trouvé était la plus grande population de naines brunes à ce jour, des objets plus massifs que les planètes mais qui ne brillent pas comme des étoiles. Les chercheurs ont identifié 17 naines brunes compagnes d'étoiles naines rouges, une paire de naines brunes, et une naine brune avec un compagnon planétaire. Ils ont également trouvé trois planètes géantes, y compris un système binaire où deux planètes orbitent l'une autour de l'autre en l'absence d'une étoile mère. Ce relevé n'a pu être réalisé qu'avec la résolution et la sensibilité infrarouge exceptionnelles de Hubble.
Dans une enquête approfondie sans précédent pour les petits, objets faibles dans la nébuleuse d'Orion, Les astronomes utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA ont découvert la plus grande population connue de naines brunes parsemée d'étoiles nouveau-nées. En regardant à proximité des étoiles de l'enquête, les chercheurs ont non seulement trouvé plusieurs naines brunes de très faible masse, mais aussi trois planètes géantes. Ils ont même trouvé un exemple de planètes binaires où deux planètes orbitent l'une autour de l'autre en l'absence d'une étoile mère.
Les naines brunes sont une étrange classe d'objets célestes qui ont des masses si faibles que leurs noyaux ne deviennent jamais assez chauds pour soutenir la fusion nucléaire, qui alimente les étoiles. Au lieu, les naines brunes se refroidissent et s'estompent en vieillissant. Malgré leur faible masse, les naines brunes fournissent des indices importants pour comprendre comment les étoiles et les planètes se forment, et peut être parmi les objets les plus communs dans notre galaxie de la Voie Lactée.
Situé 1, 350 années-lumière, la nébuleuse d'Orion est un laboratoire relativement proche pour étudier le processus de formation des étoiles à travers un large éventail, des étoiles géantes opulentes aux minuscules étoiles naines rouges et insaisissables, naines brunes pâles.
Ce relevé n'a pu être réalisé qu'avec la résolution et la sensibilité infrarouge exceptionnelles de Hubble.
Parce que les naines brunes sont plus froides que les étoiles, les astronomes ont utilisé Hubble pour les identifier par la présence d'eau dans leurs atmosphères. "Ceux-ci sont si froids que de la vapeur d'eau se forme, " a expliqué le chef d'équipe Massimo Robberto du Space Telescope Institute de Baltimore, Maryland. "L'eau est une signature des objets substellaires. C'est une marque étonnante et très claire. Au fur et à mesure que les masses diminuent, les étoiles deviennent plus rouges et plus pâles, et vous devez les visualiser dans l'infrarouge. Et en lumière infrarouge, la caractéristique la plus importante est l'eau."
Mais la vapeur d'eau chaude dans l'atmosphère des naines brunes ne peut pas être facilement vue depuis la surface de la Terre, en raison des effets absorbants de la vapeur d'eau dans notre propre atmosphère. Heureusement, Hubble est au-dessus de l'atmosphère et a une vision dans le proche infrarouge qui peut facilement repérer l'eau sur des mondes lointains.
Cette image montre la partie centrale de la nébuleuse d'Orion, où le télescope spatial Hubble a été utilisé pour mener une enquête sur les étoiles de faible masse, naines brunes, et planètes. Chaque symbole identifie une paire d'objets, qui peut être vu comme un seul point de lumière au centre du symbole. Le cercle intérieur le plus épais représente le corps principal, et le cercle extérieur plus fin indique le compagnon. Les cercles sont codés par couleur :Rouge pour une planète; orange pour une naine brune; et jaune pour une étoile. À côté de chaque symbole se trouve une paire d'images Hubble. L'image de gauche est l'image originale du primaire et du compagnon. L'image de gauche montre le compagnon uniquement, avec l'objet principal soustrait numériquement grâce à une technique de traitement d'image spéciale qui sépare les images des objets en paires binaires. La partie de la nébuleuse d'Orion mesure environ 4 par 3 années-lumière. Crédit :NASA , ESA, et G. Strampelli (STScI)
L'équipe Hubble a identifié 1, 200 candidats étoiles rougeâtres. Ils ont découvert que les étoiles se séparaient en deux populations distinctes :celles avec de l'eau, et ceux sans. Les brillants avec de l'eau se sont avérés être de faibles naines rouges. La multitude d'eau plus pâle, les naines brunes flottantes et les planètes au sein de la nébuleuse d'Orion sont toutes de nouvelles découvertes. De nombreuses étoiles sans eau ont également été détectées, et ce sont des étoiles de fond dans la Voie lactée. Leur lumière était rougie en passant à travers la poussière interstellaire, et donc sans rapport avec l'étude de l'équipe.
L'équipe a également cherché plus faible, compagnons binaires de ces 1, 200 étoiles rougeâtres. Parce qu'ils sont si proches de leurs étoiles primaires, ces compagnons sont presque impossibles à découvrir en utilisant des méthodes d'observation standard. Mais en utilisant un unique, technique d'imagerie à fort contraste développée par Laurent Pueyo au Space Telescope Science Institute, les astronomes ont pu résoudre des images faibles d'un grand nombre de compagnons candidats.
Cette première analyse n'a pas permis aux astronomes de Hubble de déterminer si ces objets orbitent autour de l'étoile la plus brillante ou si leur proximité dans l'image de Hubble est le résultat d'un alignement aléatoire. En conséquence, ils sont classés comme candidats pour l'instant. Cependant, la présence d'eau dans leurs atmosphères indique que la plupart d'entre elles ne peuvent pas être des étoiles désalignées dans le fond galactique, et doivent donc être des naines brunes ou des compagnons exoplanètes.
Dans tout, l'équipe a trouvé 17 compagnes naines brunes candidates aux étoiles naines rouges, une paire de naines brunes, et une naine brune avec un compagnon planétaire. L'étude a également identifié trois compagnons potentiels de masse planétaire :l'un associé à une naine rouge, un à une naine brune, et un à une autre planète.
"Nous avons expérimenté une méthode, post-traitement d'imagerie à contraste élevé, sur lesquels les astronomes comptent depuis des années. Nous l'utilisons généralement pour rechercher des planètes très faibles à proximité d'étoiles proches, en les observant minutieusement un à un, " dit Pueyo. " Cette fois-ci, nous avons décidé de combiner nos algorithmes avec l'ultra-stabilité de Hubble pour inspecter le voisinage de centaines de très jeunes étoiles dans chaque exposition obtenue par l'enquête Orion. Il s'avère que même si nous n'atteignons pas la sensibilité la plus profonde pour une seule étoile, le volume même de notre échantillon nous a permis d'obtenir un instantané statistique sans précédent des jeunes exoplanètes et des naines brunes compagnes d'Orion."
En combinant les deux techniques uniques, imagerie dans les filtres à eau et traitement d'images à fort contraste, l'enquête a fourni un échantillon non biaisé de sources de faible masse nouvellement formées, à la fois dispersés sur le terrain et compagnons d'autres objets de faible masse. "Nous pourrions retraiter toute l'archive Hubble et essayer d'y trouver des bijoux, " dit Robberto.
L'équipe présentera ses résultats jeudi, 11 janvier à la 231e réunion de l'American Astronomical Society à Washington, D.C.
Trouver les signatures des étoiles de faible masse et de leurs compagnons deviendra beaucoup plus efficace avec le lancement du télescope spatial James Webb sensible à l'infrarouge de la NASA en 2019.
