Parfois, les trouvailles stellaires les plus étranges se trouvent dans notre propre quartier cosmique. Les astronomes ont récemment fait une découverte intéressante en mettant à l'épreuve un nouvel ensemble de télescopes: une paire de naines brunes sub-stellaires éclipsantes.
La découverte est 2MASSW J1510478-281817, également appelée 2M1510. L’acronyme «2MASS» dans la désignation fait référence à l’enquête sur le ciel à 2 microns. La paire est située à 119 années-lumière (36,6 parsecs) de la constellation de Balance, près de sa frontière avec Lupus le loup.
Les télescopes d'enquête qui ont fait la découverte font partie du projet SPECULOOS (Search for habitable Planets EClipsing ULtra-COOl Stars), une batterie de quatre télescopes Ritchey-Chrétien de 1 mètre de diamètre situés au complexe de l'Observatoire Paranal au Chili. Un cinquième télescope homologue nommé Artemis situé dans les îles Canaries fait partie de l'enquête SPECULOOS Nord.
Les deux naines brunes tournent en orbite une fois tous les 21 jours, avec 2M1510Aa le légèrement plus massif des deux à 40 masses Jupiter, contre son compagnon 2M1510Ab, à une masse plus faible de 39,3 Jupiter. Les deux sont des naines brunes de type M, et tournent autour d'un barycentre mutuel à seulement 0,063 UA (5,9 millions de miles ou 9,5 millions de kilomètres) l'un de l'autre.
Une troisième naine brune plus distante désignée 2MASS J15104761-2818234 (2M1510B) fait également partie du système complexe. Ce troisième objet orbite à 250 unités astronomiques (AU) de la paire principale. C'est plus de six fois la distance moyenne entre le Soleil et Pluton.
«Le programme SPECULOOS recherche des exoplanètes transitant par des étoiles de très faible masse et des naines brunes, et une paire de naines brunes juste à côté les unes des autres dans le ciel semblait être une bonne cible», explique Adam Burgasser de UC San Diego, un auteur du étude. "Nous avons été surpris de découvrir qu'il s'agissait vraiment de trois naines brunes!"
La découverte a été rapportée dans le récent journal de Nature: astronomie. Les chercheurs ont utilisé les quatre instruments de 8,2 mètres qui forment le très grand télescope également situé à Cerro Paranal, au Chili dans le désert d'Atacama et le spectrographe proche infrarouge (NIRSPEC) situé à l'observatoire de Keck au sommet du Mauna Kea à Hawaï pour vérifier la trouver. Les deux sont équipés pour mesurer les vitesses dans l'infrarouge, la bande où les naines brunes culminent. L'événement d'éclipsage observé a duré environ 90 minutes.
«Il fait (2M1510) partie de la liste des cibles SPECULOOS qui contient toutes les naines ultra-froides dont la distance est inférieure à 40 parsecs mesurée par le satellite Gaia et dont le rayon est inférieur à 0,15 rayons solaires», déclare Michaël Gillon (Université de Liège, Belgique) . «Avec SPECULOOS, nous devrions détecter plusieurs systèmes similaires au cours des prochaines années, y compris de nouvelles planètes de la taille de la Terre potentiellement habitables, bien adaptées à une caractérisation atmosphérique détaillée avec James Webb.»
Les naines brunes occupent la zone entre les étoiles à part entière à 80 fois la masse de Jupiter (7,7% la masse du Soleil) et 13 masses de Jupiter. La paire 2M1510 sont toutes deux des naines brunes de type M, occupant un espace au centre de cette gamme de masse. Bien que les naines brunes ne soient pas assez massives pour soutenir une fusion à part entière via la chaîne proton-proton comme les étoiles naines rouges, elles peuvent encore mijoter lentement en utilisant une fusion de deutérium de faible qualité dans leurs cœurs. La température de surface moyenne d'un nain M est de 2600 Kelvin (2300 degrés Celsius).
Bien que les naines brunes soient de faibles cibles, elles sont probablement aussi l'un des objets les plus courants de l'Univers.
La découverte ne représente que la deuxième paire de naines brunes éclipsantes connue. La première est la paire résolue 2MASS J05352184-0546085AB dans la nébuleuse d'Orion, une paire relativement jeune à seulement un million d'années environ.
Une autre paire de naines brunes intrigantes a été trouvée en 2003 en orbite autour de l'étoile de séquence principale Epsilon Indi.
L'enquête SPECULOOS sera spécialisée dans le ciblage d'exoplanètes dans les zones habitables d'étoiles naines fraîches. Une telle étoile naine abritant des exoplanètes nommée TRAPPIST-1 a fait la une des journaux en 2015, et de tels «mini-systèmes solaires» peuvent être courants dans le cosmos.
«Le 2M1510 a été observé dans le cadre du programme de mise en service de SPECULOOS», explique Burgasser. «Les télescopes sont maintenant opérationnels et l'équipe surveille plusieurs étoiles de faible masse et naines brunes pour rechercher des exoplanètes en transit. Nous suivons également (sur) certains des systèmes d'exoplanètes candidats découverts par la mission TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Chaque fois que nous sommes capables de regarder l'Univers d'une manière nouvelle, nous découvrons souvent quelque chose d'excitant ou d'imprévu. »
2M1510 est également membre du Argus Moving Group of stars. Ce groupe d'étoiles relativement jeunes de 45 millions d'années a été découvert en 2018. L'appartenance à une association stellaire ou à un groupe en mouvement est trahie par des étoiles partageant un mouvement propre commun à travers le ciel. Les Hyades de la constellation du Taureau sont une célèbre association stellaire à proximité, tout comme le groupe de déplacement majeur Ursa, qui contient la plupart des étoiles de l'astérisme de la Grande Ourse.
La découverte est importante car non seulement l'appartenance à la paire de nains bruns dans le cadre du Argus Moving Group fixe l'âge du couple, mais leur association physique, ainsi que le fait qu'ils éclipsent mutuellement le long de notre champ de vision, permet les astronomes pour caractériser davantage les deux en termes de masse. Les naines brunes sub-stellaires telles que la paire 2M1510 seraient très similaires aux exoplanètes massives.
Cette découverte intrigante permet aux chercheurs non seulement de caractériser de grandes massesxoplanètes, mais aussi de mettre à l'épreuve des modèles de l'évolution et du refroidissement des naines brunes.
«Nos mesures nous indiquent que la masse, le rayon et l'âge sont très bien expliqués par des modèles dont les fondations ont 30 ans», explique Amaury Triaud de l'Université de Birmingham, auteur principal de l'étude. «C'est remarquable. Il nous apprend également que la luminosité des naines brunes est un peu en retrait par rapport aux modèles. Nous savons donc maintenant que les modèles sont très bons, mais que nous devons encore les améliorer. »
Il serait curieux de voir une telle paire de près: aucun analogue pour une naine brune n'existe dans notre système solaire. Il sera intéressant de voir quelles autres découvertes ressortiront de l'enquête SPECULOOS dans un avenir proche.
-Crédit image de tête: Roberto Molar Candanosa & Sergio Dieterich, Carnegie Institution for Science.
