Première observation de naines brunes très proches de leurs étoiles hôtes

Des scientifiques impliquant principalement en France le CNRS, l’Université Grenoble Alpes et l’Observatoire de Paris - PSL1  ont observé pour la première fois des naines brunes orbitant très proches d’étoiles brillantes ; un exploit en termes d’imagerie spatiale de précision.

Sur huit compagnons2  observés, l’équipe de recherche a pu mettre en évidence que cinq objets sont des naines brunes, des objets sous-stellaires encore peu connus, à mi-chemin entre la planète et l’étoile3 . Ces dernières sont très difficiles à détecter compte tenu de leur faible luminosité, et d’autant plus à proximité d’étoiles mille fois plus brillantes. Dans le cadre de cette étude, elles orbitent autour de leurs étoiles à des distances équivalentes à la distance entre la Terre et le Soleil. Une proximité qui soulève des questions sur la formation de ces objets. En outre, certains des flux lumineux observés sont plus faibles que ceux prédits par les modèles théoriques. Cela pourrait indiquer que certaines de ces naines brunes sont binaires : elles comporteraient elles aussi un compagnon plus petit dans leur orbite.

Ces observations inédites ont été rendues possibles par la combinaison de deux observatoires, Gaia depuis l’espace et le VLTI (Very Large Telescope Interferometer) situé sur le mont Paranal, au Chili. La mission spatiale Gaia a répertorié depuis l’espace des centaines de milliers de systèmes multiples en caractérisant leurs positions et leurs mouvements. Elle a ainsi permis aux scientifiques d’identifier les huit étoiles à cibler. Au sol, l’instrument GRAVITY, qui équipe le VLTI, joue le rôle d’une loupe : il est capable de mesurer avec une précision inégalée de minuscules détails des objets stellaires4 , mais cet instrument nécessite d’être guidé sur des zones précises. Il a ainsi pu capter les signaux lumineux des huit compagnons pré-identifiés par Gaia. Les scientifiques ont ensuite analysé la luminosité et la masse5  de ces objets et ont pu en déduire qu’il s’agissait de naines brunes pour cinq d’entre eux. Jusqu’à ce jour, ces « compagnons cachés » des étoiles étaient invisibles.

Ce résultat, à paraître le 20 juin dans Astronomy & Astrophysics, donne un premier aperçu de la puissance de la combinaison Gaia-GRAVITY. Les conclusions de cette étude offrent de nouvelles perspectives pour comprendre la formation de ces objets célestes atypiques que sont les naines brunes, ou encore la formation des exoplanètes et des planètes de notre système solaire.

• 1Les laboratoires français de cette étude sont le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris - PSL/CNRS/Sorbonne Université/Université Paris Cité), l’Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes), le Laboratoire d'astrophysique de Marseille (Aix-Marseille Université/CNES/CNRS) et le laboratoire Lagrange (CNRS/Observatoire de la Côte d’Azur/Université Côte d’Azur).
• 2Un compagnon est un objet en orbite autour d’une étoile.
• 3L’une des différences entre l’étoile et la planète est sa capacité à générer de l’énergie, et donc à émettre de la lumière. Une étoile est suffisamment massive pour brûler l’hydrogène en son cœur, ce dont n’est pas capable une planète. Dans le cas de la naine brune, elle n’est pas suffisamment massive pour brûler l’hydrogène, mais reste beaucoup plus massive qu’une planète. A titre d’exemple, une naine brune est environ trente fois plus massive que la planète Jupiter, mais environ trente fois moins massive que l’étoile du système solaire, le Soleil.
• 4GRAVITY utilise un processus appelé interférométrie : l’orientation simultanée de plusieurs télescopes au sol pointant sur un seul astre permet une résolution très fine qui rend possible l’observation d’objets très petits et de faible luminosité.
• 5La luminosité ainsi que la masse sont deux indicateurs clés pour comprendre comment l’objet s’est refroidi dans le temps, et ainsi retracer sa formation.