Comment sépare-t-on une véritable étoile des aspirants stellaires de l’Univers ? Après une décennie de collecte de données, l’astronome Trent Dupuy pense qu’il a enfin la réponse.
Avec tant d’objets connus pour se situer dans ce milieu étrange entre les planètes géantes et les étoiles minuscules, les scientifiques ont lutté pour le réduire à une réponse simple. La masse est la propriété la plus importante des étoiles, car elle détermine la façon dont leur vie va se dérouler », a expliqué M. Dupuy, de l’Université du Texas à Austin, lors de la réunion d’été de l’American Astronomical Society au début du mois. Cela a fourni les conditions pour que la vie se développe et évolue sur notre planète.
Mais tout n’est pas aussi agréable et stable dans la galaxie. Les étoiles plus massives brûlent leur combustible nucléaire plus rapidement, meurent jeunes et s’éteignent avec un violent bang sous la forme d’une supernova.
Les objets moins massifs, comme les naines brunes, sont comme des avortons stellaires, possédant plus de masse qu’une planète, mais pas assez pour être une étoile à part entière.
Souvent appelées étoiles ratées, elles sont omniprésentes dans l’Univers, mais leur lueur excessivement faible rend ces objets difficiles à étudier.
Première proposition d’existence il y a 50 ans, ces objets énigmatiques aident à combler le fossé entre les étoiles et les planètes, mais ce n’est que plus récemment que les astronomes ont commencé à les étudier en détail.
« Lorsque nous levons les yeux et que nous voyons les étoiles briller la nuit, nous ne voyons qu’une partie de l’histoire », explique Dupuy.
« Tout ce qui pourrait être une étoile « n’y arrive pas », et comprendre pourquoi ce processus échoue parfois est tout aussi important que de comprendre quand il réussit. »
Les étoiles comme le Soleil brillent grâce aux réactions nucléaires qui convertissent constamment la réserve d’hydrogène de leur noyau en hélium.
Ces mêmes réactions déterminent la luminosité d’une étoile – plus le noyau est chaud, plus la réaction est intense et, par la suite, plus la surface de l’étoile sera brillante. Comme prévu, les étoiles moins massives sont plus sombres en raison de leurs centres plus froids, qui produisent des réactions plus lentes.
Ne vous laissez pas tromper par leur nom – les naines brunes ne sont pas toujours brunes. Ces aspirants stellaires sont en fait rouges lorsqu’ils se forment, puis deviennent noirs alors qu’ils s’éteignent lentement au cours de trillions d’années.
C’est parce que malgré le fait qu’elles dépassent même la plus grande des planètes, les naines brunes ont si peu de masse que leurs centres ne sont pas assez chauds pour entretenir des réactions nucléaires.
Dans les années 1960, les astronomes ont théorisé qu’il devait y avoir une limite de masse pour la fusion.
« En dessous de cette limite, il n’y a pas de quoi reconstituer l’énergie qui est constamment rayonnée dans l’espace », a expliqué Dupuy lors de sa session de l’AAS. « Les objets d’une masse donnée en dessous de cette limite se refroidiraient tout simplement pour toujours. »
Des études antérieures sur l’évolution stellaire ont suggéré que la frontière entre les naines rouges (les plus petites étoiles) et les naines brunes se situait autour de 75 masses de Jupiter (soit environ 7-8% du Soleil). Mais jusqu’à présent, sa mesure n’a jamais été directement confirmée.
Dupuy et Michael Lui de l’Université d’Hawaï ont passé les 10 dernières années à étudier 31 paires binaires de naines brunes avec l’aide des télescopes les plus puissants de la Terre – l’Observatoire Keck et le télescope Canada-France-Hawaï, ainsi que quelques apports de Hubble.
En analysant une décennie d’imagerie, Dupuy et Liu ont créé la première étude à grand échantillon des masses des naines brunes.
Selon Dupuy, un objet doit peser l’équivalent de 70 Jupiters pour déclencher la fusion nucléaire et devenir une étoile, ce qui est légèrement inférieur à ce qui avait été suggéré précédemment.
Le duo a également déterminé qu’il existe un seuil de température, tout objet plus froid que 1 600 Kelvin (environ 1 315 Celsius et 2 400 degrés Fahrenheit) étant classé comme une naine brune.
L’étude aidera les astronomes à mieux comprendre les conditions dans lesquelles les étoiles se forment et évoluent – ou dans le cas des naines brunes, échouent.
Elle pourrait également fournir un nouvel aperçu de la formation planétaire, car le succès ou l’échec de la formation des étoiles a un impact direct sur les systèmes stellaires qu’ils pourraient potentiellement produire.
La recherche sera publiée dans une prochaine édition de The Astrophysical Journal Supplement, et une préimpression est disponible ici.