Cette mosaïque montre le ciel entier imagé par le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). La lumière infrarouge fait référence à des longueurs d'onde qui sont plus longues que celles visibles à l'œil humain. De nombreux objets cosmiques émettent des infrarouges, y compris les nuages de gaz et de poussière où se forment les étoiles, et les naines brunes. Crédit :NASA/JPL-Caltech/UCLA
Les naines brunes ne sont pas tout à fait des étoiles et ne sont pas tout à fait des planètes, et une nouvelle étude suggère qu'il pourrait y en avoir plus dans notre galaxie que les scientifiques ne le pensaient auparavant.
Une nouvelle étude offre une explication alléchante sur la façon dont un objet cosmique particulier appelé WISEA J153429.75-104303.3 - surnommé "L'Accident" - est né. L'Accident est une naine brune. Bien qu'ils se forment comme des étoiles, ces objets n'ont pas assez de masse pour lancer la fusion nucléaire, le processus qui fait briller les étoiles. Et tandis que les naines brunes défient parfois la caractérisation, les astronomes ont une bonne compréhension de leurs caractéristiques générales.
Ou ils l'ont fait, jusqu'à ce qu'ils trouvent celui-ci.
L'Accident a obtenu son nom après avoir été découvert par pure chance. Il a glissé au-delà des recherches normales car il ne ressemble à aucun des 2, 000 naines brunes qui ont été trouvées dans notre galaxie jusqu'à présent.
À mesure que les naines brunes vieillissent, ils se rafraîchissent, et leur luminosité dans différentes longueurs d'onde de la lumière change. Ce n'est pas différent de la façon dont certains métaux, lorsqu'il est chauffé, passent du blanc brillant au rouge foncé en refroidissant. L'accident a dérouté les scientifiques car il était faible dans certaines longueurs d'onde clés, suggérant qu'il faisait très froid (et vieux), mais brillant dans d'autres, indiquant une température plus élevée.
"Cet objet a défié toutes nos attentes, " a déclaré Davy Kirkpatrick, un astrophysicien à l'IPAC à Caltech à Pasadena, Californie. Lui et ses co-auteurs postulent dans leur nouvelle étude, apparaissant dans Les lettres du journal astrophysique , que l'Accident pourrait avoir entre 10 et 13 milliards d'années, soit au moins le double de l'âge médian des autres naines brunes connues. Cela signifie qu'il se serait formé lorsque notre galaxie était beaucoup plus jeune et avait une composition chimique différente. Si c'est le cas, il y a probablement beaucoup plus de ces anciennes naines brunes qui se cachent dans notre voisinage galactique.
Un profil particulier
Les naines brunes partagent certaines caractéristiques avec les étoiles et les planètes. Généralement, elles sont moins massives que les étoiles et plus massives que les planètes. Une naine brune devient une étoile si sa pression centrale devient suffisamment élevée pour déclencher la fusion nucléaire, le processus qui fait briller les étoiles. Crédit :NASA/JPL-Caltech
L'accident a été repéré pour la première fois par le Near-Earth Object Wide-Field Infrared Survey Explorer (NEOWISE) de la NASA, lancé en 2009 sous le nom de WISE et géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. Parce que les naines brunes sont des objets relativement cool, ils émettent principalement de la lumière infrarouge, ou des longueurs d'onde plus longues que ce que l'œil humain peut voir.
Pour comprendre comment l'Accident pourrait avoir des propriétés si apparemment contradictoires - certains suggérant qu'il fait très froid, d'autres indiquent qu'il fait beaucoup plus chaud - les scientifiques avaient besoin de plus d'informations. Ils l'ont donc observé dans des longueurs d'onde infrarouges supplémentaires avec un télescope au sol à l'observatoire W. M. Keck à Hawaï. Mais la naine brune est apparue si faible dans ces longueurs d'onde, ils ne pouvaient pas du tout le détecter, confirmant apparemment leur suggestion qu'il faisait très froid.
Ils ont ensuite entrepris de déterminer si la pénombre résultait du fait que l'accident était plus éloigné que prévu de la Terre. Mais ce n'était pas le cas, selon des mesures de distance précises par les télescopes spatiaux Hubble et Spitzer de la NASA. Après avoir déterminé la distance de l'objet - à environ 50 années-lumière de la Terre - l'équipe s'est rendu compte qu'il se déplace rapidement - environ un demi-million de miles par heure (800, 000 km/h). C'est beaucoup plus rapide que toutes les autres naines brunes connues pour être à cette distance de la Terre, ce qui signifie qu'il fait probablement le tour de la galaxie depuis longtemps, rencontrer des objets massifs qui l'accélèrent avec leur gravité.
Avec un tas de preuves suggérant que l'Accident est extrêmement ancien, les chercheurs proposent que ses propriétés étranges ne sont pas étranges du tout et qu'elles peuvent être un indice de son âge.
Lorsque la Voie lactée s'est formée il y a environ 13,6 milliards d'années, il était composé presque entièrement d'hydrogène et d'hélium. D'autres éléments, comme le carbone, formé à l'intérieur des étoiles; quand les étoiles les plus massives ont explosé en supernovae, ils ont dispersé les éléments dans toute la galaxie.
Méthane, composé d'hydrogène et de carbone, est commun dans la plupart des naines brunes qui ont une température similaire à l'Accident. Mais le profil léger de The Accident suggère qu'il contient très peu de méthane. Comme toutes les molécules, le méthane absorbe des longueurs d'onde spécifiques de la lumière, donc une naine brune riche en méthane serait faible dans ces longueurs d'onde. L'accident, par contre, est brillant dans ces longueurs d'onde, ce qui pourrait indiquer de faibles niveaux de méthane.
Ainsi, le profil lumineux de l'Accident pourrait correspondre à celui d'une très vieille naine brune qui s'est formée lorsque la galaxie était encore pauvre en carbone; très peu de carbone à la formation signifie très peu de méthane dans son atmosphère aujourd'hui.
L'illustration de cet artiste montre un faible, naine brune froide dans l'espace. Les naines brunes se forment comme des étoiles, mais n'ont pas assez de masse pour allumer la fusion nucléaire dans leurs noyaux - le processus qui provoque la combustion des étoiles. En conséquence, ils partagent certaines caractéristiques physiques avec les planètes massives, comme Jupiter. Crédit :IPAC/Caltech
"Ce n'est pas une surprise de trouver une naine brune aussi vieille, mais c'est une surprise d'en trouver un dans notre arrière-cour, " a déclaré Federico Marocco, un astrophysicien à l'IPAC à Caltech qui a dirigé les nouvelles observations à l'aide des télescopes Keck et Hubble. "Nous nous attendions à ce que des naines brunes aussi vieilles existent, mais nous nous attendions aussi à ce qu'ils soient incroyablement rares. La chance d'en trouver un si près du système solaire pourrait être une heureuse coïncidence, ou cela nous dit qu'ils sont plus fréquents que nous le pensions."
Un heureux hasard
Pour trouver des naines brunes plus anciennes comme The Accident, si elles sont là-bas, les chercheurs devront peut-être changer la façon dont ils recherchent ces objets.
L'accident a été découvert par le citoyen scientifique Dan Caselden, qui utilisait un programme en ligne qu'il avait conçu pour trouver des naines brunes dans les données NEOWISE. Le ciel est plein d'objets qui émettent de la lumière infrarouge; dans l'ensemble, ces objets semblent rester fixes dans le ciel, en raison de leur grande distance de la Terre. Mais parce que les naines brunes sont si faibles, ils ne sont visibles que lorsqu'ils sont relativement proches de la Terre, et cela signifie que les scientifiques peuvent les observer se déplacer dans le ciel pendant des mois ou des années. (NEOWISE cartographie tout le ciel environ une fois tous les six mois.)
Le programme de Caselden a tenté de supprimer les objets infrarouges stationnaires (comme les étoiles lointaines) des cartes NEOWISE et de mettre en évidence les objets en mouvement qui présentaient des caractéristiques similaires à celles des naines brunes connues. Il regardait un de ces candidats naines brunes quand il en a repéré un autre, objet beaucoup plus faible se déplaçant rapidement à travers l'écran. Il s'agirait de WISEA J153429.75-104303.3, qui n'avait pas été mis en évidence car il ne correspondait pas au profil du programme d'une naine brune. Caselden l'a attrapé par accident.
"Cette découverte nous dit qu'il y a plus de variété dans les compositions de naines brunes que nous n'en avons vu jusqu'à présent, " a déclaré Kirkpatrick. " Il y en a probablement d'autres plus étranges, et nous devons réfléchir à la façon de les rechercher."
Lancé en 2009, le vaisseau spatial WISE a été placé en hibernation en 2011 après avoir terminé sa mission principale. En septembre 2013, La NASA a réactivé le vaisseau spatial dans le but principal de rechercher des objets géocroiseurs, ou NEO, et la mission et le vaisseau spatial ont été renommés NEOWISE. JPL, une division de Caltech, géré et exploité WISE pour la Direction des missions scientifiques (SMD) de la NASA. La mission a été sélectionnée de manière compétitive dans le cadre du programme Explorers de la NASA géré par le Goddard Space Flight Center de l'agence à Greenbelt, Maryland. NEOWISE est un projet de JPL, une division de Caltech, et l'Université de l'Arizona, soutenu par le Bureau de coordination de la défense planétaire de la NASA.
