Les naines brunes, objets mystérieux qui chevauchent la ligne entre les étoiles et les planètes, sont essentielles à notre compréhension des populations stellaires et planétaires. Cependant, seules 40 naines brunes ont pu être imagées autour des étoiles en près de trois décennies de recherches. Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Open University et de l'Université de Berne a directement imagé quatre remarquables nouvelles naines brunes grâce à une nouvelle méthode de recherche innovante.

Les naines brunes sont de mystérieux objets astronomiques qui comblent le fossé entre les planètes les plus lourdes et les étoiles les plus légères, avec un mélange de caractéristiques stellaires et planétaires. En raison de cette nature hybride, ces objets déroutants sont cruciaux pour améliorer notre compréhension des étoiles et des planètes géantes. Les naines brunes en orbite autour d'une étoile mère suffisamment éloignée sont particulièrement précieuses car elles peuvent être directement photographiées, contrairement à celles qui sont trop proches de leur étoile et sont donc cachées par sa luminosité. Cela offre aux scientifiques une occasion unique d'étudier les détails des atmosphères froides et planétaires des compagnes naines brunes.

Cependant, malgré des efforts remarquables dans le développement de nouvelles technologies d'observation et de techniques de traitement d'images, les détections directes de naines brunes compagnes d'étoiles sont restées plutôt rares, avec seulement une quarantaine de systèmes imagés en près de trois décennies de recherches. Des chercheurs dirigés par Mariangela Bonavita de l'Open University et Clémence Fontanive du Center for Space and Habitability (CSH) et du NCCR PlanetS de l'Université de Berne ont directement imagé quatre nouvelles naines brunes comme ils le rapportent dans une étude qui vient d'être publiée dans le journal Avis mensuels de la Royal Astronomical Society . C'est la première fois que plusieurs nouveaux systèmes avec des compagnons nains bruns sur de larges séparations orbitales sont annoncés en même temps.

Méthode de recherche innovante

"Les compagnes naines brunes en orbite large sont rares au départ, et les détecter directement pose d'énormes défis techniques puisque les étoiles hôtes aveuglent complètement nos télescopes", explique Mariangela Bonavita. La plupart des enquêtes menées jusqu'à présent ont ciblé aveuglément des étoiles aléatoires de jeunes amas. "Une approche alternative pour augmenter le nombre de détections est de n'observer que les étoiles qui montrent des indices d'un objet supplémentaire dans leur système", explique Clémence Fontanive. Par exemple, la façon dont une étoile se déplace sous la traction gravitationnelle d'un compagnon peut être un indicateur de l'existence de ce compagnon, qu'il s'agisse d'une étoile, d'une planète ou de quelque chose entre les deux.

"Nous avons développé l'outil COPAINS qui prédit les types de compagnons qui pourraient être responsables des anomalies observées dans les mouvements stellaires", poursuit Clémence Fontanive. En appliquant l'outil COPAINS, l'équipe de recherche a soigneusement sélectionné 25 étoiles proches qui semblaient prometteuses pour la détection directe de compagnons cachés de faible masse sur la base des données du vaisseau spatial Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA). Utilisant ensuite le chercheur de planètes SPHERE du Very Large Telescope au Chili pour observer ces étoiles, ils ont réussi à détecter dix nouveaux compagnons avec des orbites allant de celle de Jupiter à celle de Pluton, dont cinq étoiles de faible masse, une naine blanche (une reste stellaire dense), et quatre remarquables nouvelles naines brunes.

Augmentation majeure du taux de détection

"Ces découvertes augmentent considérablement le nombre de naines brunes connues en orbite autour d'étoiles à grande distance, avec une augmentation majeure du taux de détection par rapport à toute enquête d'imagerie précédente", explique Mariangela Bonavita. Alors que pour l'instant cette approche se limite principalement aux signatures des naines brunes et des compagnons stellaires, les phases futures de la mission Gaia pousseront ces méthodes vers des masses plus faibles et permettront la découverte de nouvelles exoplanètes géantes. Clémence Fontanive ajoute :"En plus d'avoir autant de nouvelles découvertes en une seule fois, notre programme démontre également la puissance de ces stratégies de recherche."

"Ce résultat n'a été possible que parce que nous pensions qu'en combinant des installations spatiales et terrestres pour imager directement des exoplanètes, le tout est plus grand que la somme de ses parties. Nous espérons que ce sera le début d'une nouvelle ère de synergie entre différents instruments et méthodes de détection », conclut Mariangela Bonavita. + Explorer plus loin

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