Les scientifiques résolvent le mystère des naines brunes variables

Les astronomes ont réalisé que des bandes de nuages sont en rotation à différentes vitesses dans les naines brunes, ce qui explique les variations de la luminosité de ces objets.

Les astronomes ont réalisé que des bandes de nuages sont en rotation à différentes vitesses dans les naines brunes, ce qui explique les variations de la luminosité de ces objets.

Crédit : NASA/JPL-Caltech

En 5 secondes

Une équipe internationale de scientifiques, dont fait partie Étienne Artigau, de l’UdeM, propose un nouveau modèle pour mieux comprendre les nuages des naines brunes.

Les naines brunes sont des objets de faible luminosité plus massifs que les planètes géantes de notre système solaire. Des scientifiques ont découvert que des nuages, composés de gouttelettes de fer et de poussières de silicate, couvrent de manière irrégulière la surface de ces objets et que ces nuages géants peuvent changer rapidement – en moins de 24 heures.

À l’aide d’observations faites avec le télescope spatial Spitzer de la NASA, une équipe internationale de scientifiques menée par le professeur Daniel Apai, de l'Université de l'Arizona, et qui comprend le professeur Nicolas Cowan, de l’Université McGill, et le chercheur Étienne Artigau, de l’Université de Montréal, tous deux membres du Centre de recherche en astrophysique du Québec et de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx), propose un nouveau modèle pour expliquer comment les nuages des naines brunes se déplacent et évoluent aussi vite.

Leur recherche, publiée dans le journal Science, indique que les nuages sont organisés dans des bandes confinées à diverses latitudes dans l’atmosphère des naines brunes et que l'épaisseur des nuages change lorsque des ondes atmosphériques géantes se déplacent autour de la naine brune, telles d’immenses vagues. Ces vagues se propagent dans l'atmosphère à différentes vitesses, entraînant les bandes de nuages à bouger aussi à différentes vitesses. Au fur et à mesure que la naine brune tourne sur elle-même, les nuages vont et viennent dans l'hémisphère qui nous fait face, provoquant des variations de sa brillance.

L’équipe du professeur Apai a réalisé que, dans l'ensemble, la distribution et les déplacements des nuages dans les naines brunes sont semblables à ceux observés sur Neptune et Uranus. Neptune montre aussi des ondes qui suivent des bandes, mais ses nuages sont composés de glace. De récentes observations de Neptune provenant de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA ont d’ailleurs joué un rôle important au moment d’établir les similitudes entre cette planète et les naines brunes.

«Les naines brunes sont souvent décrites comme des “chaînons manquants” entre les planètes et les étoiles. La découverte selon laquelle la dynamique atmosphérique des naines brunes est analogue à celle des géantes gazeuses du système solaire accentue ce lien», affirme Mark Marley, du Ames Research Centre de la NASA (Californie) et coauteur de l’étude.

Les naines brunes peuvent être considérées comme des «étoiles ratées», car elles sont trop peu massives pour que des réactions de fusion nucléaire se produisent dans leur noyau. Elles peuvent également être considérées comme des «superplanètes», car, comme ces dernières, elles sont principalement constituées d'hydrogène et d'hélium et ont un diamètre similaire. Contrairement aux planètes, toutefois, elles ne font généralement pas partie d’un système planétaire. Leur lumière n’étant pas noyée par celle d’une étoile hôte, il est beaucoup plus facile de les étudier. Elles sont donc d’une aide précieuse afin de mieux comprendre les exoplanètes géantes dans des systèmes planétaires au-delà du nôtre.

«Il est probable que les grandes bandes et vagues atmosphériques que nous avons trouvées dans les naines brunes soient aussi fréquentes dans les exoplanètes géantes», déclare M. Apai.

Son équipe a utilisé le télescope spatial Spitzer pour mesurer la luminosité de six naines brunes pendant environ un an et demi, observations couvrant des dizaines de rotations complètes de ces objets. Parmi ces naines brunes figure SIMP 0136, la première pour laquelle une variabilité de la luminosité avait été observée, par Étienne Artigau et ses collaborateurs, en 2009. Les chercheurs ont ensuite analysé ces variations pour cartographier la répartition des nuages de silicate dans les naines brunes, une spécialité de Nicolas Cowan. C’est grâce à ces observations qu’ils ont pu constater que les changements de luminosité dans les naines brunes sont semblables à ceux relevés pour Neptune et Uranus.

Ces résultats expliquent plusieurs éléments étranges dans les changements de luminosité des naines brunes qui avaient été observés précédemment. La prochaine étape pour les scientifiques consistera à explorer les processus qui engendrent les grandes vagues.

À propos de l'étude

L’article «Zones, Spots, and Planetary-Scale Waves Beating in Brown Dwarf Atmospheres» est publié dans Science. En plus de Daniel Apai (Université de l’Arizona), Mark Marley (Ames Research Centre), Nicolas Cowan (Université McGill et iREx) et Étienne Artigau (Université de Montréal et iREx), l’équipe comprend Theodora Karalidi (Université de l’Arizona), Hao Yang (Université de l’Arizona), Davin Flateau (universités de l’Arizona et de Cincinnati), Stanimir Metchev (universités de Western Ontario et de Stony Brook), Esther Buenzli (École polytechnique fédérale de Zurich), Adam Burgasser (Université de Californie à San Diego), Jacqueline Radigan (Université de la vallée de l’Utah) et Patrick Lowrance (Caltech).

Le Jet Propulsion Laboratory gère la mission Spitzer Space Telescope pour le Science Mission Directorate de la NASA à Washington. Les opérations scientifiques sont menées au Spitzer Science Centre du Caltech à Pasadena, en Californie. Les manipulations de l’engin spatial se font de la Lockheed Martin Space Systems Company, à Littleton, au Colorado. Les données sont archivées dans l’Infrared Science Archive, hébergées au Infrared Processing and Analysis Center du Caltech. Le Caltech gère le Jet Propulsion Laboratory pour la NASA. Pour plus d'informations sur la mission, visitez les sites Web de la mission et de la NASA.

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