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Première carte météo d’une naine brune

Une équipe internationale d’astronomes, dont des chercheurs de l’IPAG-OSUG (CNRS/Université Joseph Fourier) et du CRAL (CNRS/Université Lyon 1/ENS Lyon), a utilisé la sensibilité du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO pour dresser la toute première carte de la répartition des nuages à la surface d’une naine brune, un objet trop peu massif pour briller comme une étoile, mais plus massif que Jupiter. A terme, la technique employée pourra être utilisée pour dresser la carte de la couverture nuageuse des exoplanètes les plus proches. Ces nouveaux résultats sont publiés dans l’édition du 30 janvier 2014 de la revue Nature.

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Cette vue d’artiste a été réalisée à partir de la toute première carte météo à la surface de la naine brune la plus proche de la Terre. Une équipe internationale a utilisé le Très Grand Télescope de l’ESO pour cartographier les zones claires et sombres qui parsèment la surface de WISE J104915.57-531906.1B, plus communément appelée Luhman 16B – il s’agit de l’une des deux naines brunes récemment découvertes et qui forment une paire située à seulement six années lumière du Soleil. Il est à noter que les détails de surface ont été ajoutés à des fins artistiques. Crédit : ESO/I. Crossfield/N. Risinger

Les naines brunes sont souvent qualifiées « d’étoiles ratées ». Leur masse est insuffisante pour que des réactions de fusion nucléaire de l’hydrogène se déclenchent en leur cœur pour les faire briller comme des étoiles. Mais elles restent plus massives que les planètes gazeuses de notre système solaire, comme Jupiter et Saturne. La prédiction théorique de l’existence des naines brunes date tout juste de 50 ans. Depuis la confirmation observationnelle de leur existence en 1995, seulement quelques centaines de ces objets ont été répertoriés.

Les naines brunes les plus proches du Système Solaire constituent un système binaire nommé Luhman 16AB [1] qui se situe à seulement six années lumière de la Terre, dans la constellation australe des Voiles. Malgré sa relative proximité de la Terre, cette paire d ‘objets n’a pourtant été découverte qu’au tout début de l’année 2013.

L’objet le plus froid du système, Luhman 16 B, a une température de surface voisine de 1000°C. Comme l’explique Mickaël Bonnefoy de l’Institut de planétologie de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier), co-auteur de l’étude, « des travaux théoriques indiquent qu’à cette température, proche de celle de la lave en fusion, des nuages constitués de poussières cristallines, de gaz et de liquides existent dans l’atmosphère de ces objets. Nous pensons que ces nuages ne se répartissent pas en une couche homogène. Si des régions moins denses apparaissent localement dans la couche nuageuse, à l’image de ce qui est observé sur Jupiter, elles peuvent laisser entrevoir des zones plus profondes, plus chaudes, et plus lumineuses dans l’atmosphère ce ces objets. »

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La figure montre l’objet à seize instants également répartis de sa rotation autour de son axe. Crédit : ESO/I. Crossfield

L’équipe a utilisé la sensibilité de l’instrument CRIRES au Very Large Telescope [2] pour dresser la carte des zones claires et sombres qui parsèment la surface de Luhman 16B. Ian Crossfield (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Allemagne), l’auteur principal de l’article à paraître, résume ainsi les résultats de cette étude : « Des observations antérieures suggéraient l’existence de marbrures à la surface de Luhman 16B. Mais elles ne permettaient pas de les résoudre directement. Aujourd’hui, nous sommes en mesure de les cartographier. Bientôt, nous serons capables d’observer la formation, l’évolution ainsi que la dissipation des structures nuageuses à la surface de cette naine brune. »

La méthode utilisée pour dresser la carte des nuages de Luhman 16B est pour le moins astucieuse. Ils ont ainsi pu, non seulement suivre les variations de luminosité de la naine brune au cours de sa rotation, mais également déterminer le sens de déplacement des zones claires et foncées le long de la ligne de visée. La combinaison de ces données leur a ensuite permis de dresser une carte des zones claires et sombres qui parsèment sa surface.

France Allard du Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (CNRS/Université Lyon1/ENS Lyon), associée à l’étude, conclue : « Les atmosphères des naines brunes sont très semblables à celles des exoplanètes géantes jeunes. Les nouvelles informations obtenues sur Luhman 16B vont permettre en retour de contraindre et d’améliorer considérablement les modèles de l’atmosphère des planètes extrasolaires et des naines brunes que nous développons. »

L’instrument européen SPHERE [3], assemblé à l’Institut de planétologie de Grenoble, détectera à partir de 2014 sur le VLT de nombreuses planètes géantes jeunes avec des températures proches de celle de Luhman 16B. Dès 2020, la technique utilisée sur Luhman 16B pourrait être employée sur le télescope géant Européen (E-ELT) en construction au Chili pour cartographier la surface de ces objets et étudier leur météorologie.

Source

A Global Cloud Map of the Nearest Known Brown Dwarf, Ian Crossfield et al.,Nature, 01/2014 http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7485/full/nature12955.html

Contact à l’IPAG

Mickaël Bonnefoy


[1] Cette paire de naines brunes a été découverte par l’astronome américain Kevin Luhman à partir d’images obtenues par le télescope de suivi infrarouge WISE. Son appellation officielle est WISE J104915.57-531906.1. Toutefois, une appellation plus courte, parce que plus pratique, a été suggérée : Luhman 16, Luhman ayant déjà découvert 15 systèmes d’étoiles doubles auparavant. Conformément aux conventions en usage, Luhman 16A désigne l’étoile la plus brillante, Luhman 16B la seconde étoile, et Luhman 16AB la paire d’étoiles.

[2] CRIRES est un spectrographe haute-résolution infrarouge installé sur le le Very Large Telescope, VLT, ou Très Grand Télescope situé à l’Observatoire de Cerro Paranal de l’ESO au Chili. En savoir plus (anglais) : http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/crires.html

[3] SPHERE est un instrument conçu pour obtenir l’image d’exoplanètes géantes gazeuses situées dans les régions externes des systèmes planétaires. Cet instrument entrera en fonctionnement au VLT en 2014. Plus d’informations : http://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/sphere.html

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