Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Berne a découvert un système binaire exotique composé de deux jeunes objets semblables à des planètes, en orbite autour de l'autre à une très grande distance. Bien que ces objets ressemblent à des exoplanètes géantes, ils se sont formés de la même manière que les étoiles, prouver que les mécanismes conduisant à la formation d'étoiles peuvent produire des mondes voyous dans des systèmes inhabituels dépourvus de Soleil.

Les processus de formation d'étoiles créent parfois de mystérieux objets astronomiques appelés naines brunes, qui sont plus petites et plus froides que les étoiles, et peut avoir des masses et des températures jusqu'à celles des exoplanètes dans les cas les plus extrêmes. Tout comme les étoiles, les naines brunes errent souvent seules dans l'espace, mais peut aussi être vu dans les systèmes binaires, où deux naines brunes gravitent l'une autour de l'autre et voyagent ensemble dans la galaxie.

Des chercheurs dirigés par Clémence Fontanive du Centre for Space and Habitability (CSH) et du PRN PlanetS ont découvert un curieux système binaire sans étoiles de naines brunes. Le système CFHTWIR-Oph 98 (ou Oph 98 en abrégé) est constitué des deux objets de très faible masse Oph 98 A et Oph 98 B. Il est situé à 450 années-lumière de la Terre dans l'association stellaire Ophiuchus. Les chercheurs ont été surpris par le fait que Oph 98 A et B sont en orbite l'un autour de l'autre à une distance étonnamment grande, environ 5 fois la distance entre Pluton et le Soleil, ce qui correspond à 200 fois la distance entre la Terre et le Soleil. L'étude vient d'être publiée dans Les lettres du journal astrophysique .

Des masses extrêmement faibles et une très grande séparation

La paire est un exemple rare de deux objets similaires à bien des égards aux planètes géantes extra-solaires, en orbite autour de l'autre sans étoile parente. Le composant le plus massif, Oph 98A, est une jeune naine brune d'une masse 15 fois supérieure à celle de Jupiter, qui est presque exactement sur la frontière séparant les naines brunes des planètes. Son compagnon, Oph 98B, n'est que 8 fois plus lourd que Jupiter.

Les composants des systèmes binaires sont liés par un lien invisible appelé énergie de liaison gravitationnelle, et ce lien se renforce lorsque les objets sont plus massifs ou plus proches les uns des autres. Avec des masses extrêmement faibles et une très grande séparation, Oph 98 a l'énergie de liaison la plus faible de tous les systèmes binaires connus à ce jour.

Découverte grâce aux données de Hubble

Clémence Fontanive et ses collègues ont découvert le compagnon d'Oph 98 A grâce aux images du télescope spatial Hubble. Fontanive dit :« Les naines brunes de faible masse sont très froides et émettent très peu de lumière, uniquement par rayonnement thermique infrarouge. Cette lueur de chaleur est extrêmement faible et rouge, et les naines brunes ne sont donc visibles qu'en lumière infrarouge. l'association stellaire dans laquelle se trouve le binaire, Ophiuchus, est noyé dans un dense, nuage poussiéreux qui diffuse la lumière visible. "Les observations infrarouges sont le seul moyen de voir à travers cette poussière, " explique le chercheur principal. " Détecter un système comme Oph 98 nécessite également une caméra à très haute résolution, comme l'angle séparant Oph 98 A et B est mille fois plus petit que la taille de la lune dans le ciel, " ajoute-t-elle. Le télescope spatial Hubble est parmi les rares télescopes capables d'observer des objets aussi faibles que ces naines brunes, et capable de résoudre des angles aussi serrés.

Parce que les naines brunes sont assez froides, de la vapeur d'eau se forme dans leur atmosphère, créant des caractéristiques importantes dans l'infrarouge qui sont couramment utilisées pour identifier les naines brunes. Cependant, ces signatures d'eau ne peuvent pas être facilement détectées depuis la surface de la Terre. Situé au-dessus de l'atmosphère dans le vide de l'espace, Hubble permet de sonder l'existence de vapeur d'eau dans les objets astronomiques. Fontanive explique :"Les deux objets semblaient très rouges et montraient des signes clairs de molécules d'eau. Cela a immédiatement confirmé que la faible source que nous avons vue à côté de l'Oph 98 A était très probablement aussi une naine brune froide, plutôt qu'une étoile aléatoire qui s'est avérée être alignée avec la naine brune dans le ciel."

L'équipe a également trouvé des images dans lesquelles le binaire était visible, collecté il y a 14 ans avec le télescope Canada-France-Hawaï (CFHT) à Hawaï. "Nous avons de nouveau observé le système cet été depuis un autre observatoire hawaïen, le télescope infrarouge du Royaume-Uni. En utilisant ces données, nous avons pu confirmer que Oph 98 A et B se déplacent ensemble dans le ciel au fil du temps, par rapport aux autres étoiles situées derrière elles, ce qui prouve qu'ils sont liés l'un à l'autre dans une paire binaire, " explique Fontanive.

Un résultat atypique de la formation des étoiles

Le système binaire Oph 98 s'est formé il y a seulement 3 millions d'années dans la pépinière stellaire Ophiuchus voisine, ce qui en fait un nouveau-né sur des échelles de temps astronomiques. L'âge du système est beaucoup plus court que le temps typique nécessaire pour construire des planètes. Les naines brunes comme Oph 98 A sont formées par les mêmes mécanismes que les étoiles. Bien que Oph 98 B soit de la bonne taille pour une planète, l'hôte Oph 98 A est trop petit pour avoir un réservoir de matériau suffisamment grand pour construire une planète aussi grande. "Cela nous dit que Oph 98 B, comme son hôte, doit s'être formé par les mêmes mécanismes qui produisent des étoiles et montre que les processus qui créent des étoiles binaires fonctionnent sur des versions réduites jusqu'à ces masses planétaires, " commente Clémence Fontanive.

Avec la découverte de deux mondes semblables à des planètes - des produits déjà rares de la formation d'étoiles - liés l'un à l'autre dans une configuration aussi extrême, "Nous assistons vraiment à une sortie incroyablement rare de processus de formation stellaire, " comme le décrit Fontanive.