La découverte passionnante d'un système d'étoiles quadruples extrêmement rare pourrait progresser considérablement notre compréhension des nains bruns, selon les astronomes. Ces objets mystérieux sont trop grands pour être considérés comme une planète mais aussi trop petits pour être une étoile car ils n'ont pas la masse pour continuer à fusionner les atomes et s'épanouir en soleils à part entière.
Dans la recherche publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Societyles astronomes ont identifié un système d'étoiles quadruples hiérarchiques extrêmement rare composé d'une paire de nains bruns froids en orbite autour d'une paire de jeunes étoiles naines rouges, situées 82 années-lumière de la Terre dans la constellation Antlia.
Le système, nommé UPM J1040−3551 Aabbab, a été identifié par une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Zenghua Zhang de l'Université Nanjing.
Les chercheurs ont fait leur découverte en utilisant une vitesse angulaire commune mesurée par le satellite astrométrique Gaia de l'Agence spatiale européenne et l'explorateur d'enquête infrarouge à grand champ de la NASA (sage), suivi par des observations et une analyse spectroscopiques complètes.
En effet, cette large paire binaire met plus de 100 000 ans pour compléter une orbite les unes autour les uns des autres, de sorte que leur mouvement orbital ne peut pas être vu au cours des années. Les chercheurs ont donc dû analyser comment ils se déplacent dans le même sens avec la même vitesse angulaire.
Dans ce système, AAB fait référence à la paire stellaire plus lumineuse AA et AB, tandis que BAB fait référence à la paire substraquaire plus faible BA et BB.
« Ce qui rend cette découverte particulièrement excitante, c'est la nature hiérarchique du système, qui est nécessaire pour que son orbite reste stable sur une longue période », a déclaré le professeur Zhang.
« Ces deux paires d'objets se viennent séparément pendant des périodes de décennies, tandis que les paires en orbitettent également un centre de masse commun sur une période de plus de 100 000 ans. »
Les deux paires sont séparées par 1 656 unités astronomiques (AU), où 1 Au est égal à la distance terrestre-digue. La paire plus lumineuse, UPM J1040−3551 AAB, se compose de deux étoiles naines rouges de masse presque égales, qui apparaissent de couleur orange lorsqu'elles sont observées dans des longueurs d'onde visibles.
Avec une ampleur visuelle de 14,6, cette paire est environ 100 000 fois plus faible que Polaris (l'étoile nord) en longueurs d'onde visibles. En fait, aucune étoile naine rouge n'est suffisamment brillante pour être vue à l'œil nu – pas même Proxima Centauri, notre plus proche voisin stellaire à 4,2 années-lumière. Pour créer UPM J1040−3551 AAB visible sans aide optique, cette paire binaire devrait être amenée à moins de 1,5 années-lumière de la Terre, la plaçant plus près que n'importe quelle étoile de notre quartier cosmique actuel.
La paire plus faible, UPM J1040−3551 BAB, sont deux naines brunes beaucoup plus fraîches qui n'émettent pratiquement pas de lumière visible et apparaissent à peu près 1000 fois plus gradable que la paire AAB lorsqu'elles sont observées dans des longueurs d'onde presque infrarouge, où elles sont les plus facilement détectées.
La nature binaire étroite de l'UPM J1040−3551 AAB a été initialement suspectée en raison de son photocentre vacillant pendant les observations de Gaia et confirmée par sa luminosité inhabituelle – approximativement 0,7 ampleur plus lumineuse qu'une seule étoile avec la même température à la même distance, car la lumière combinée de la paire de masse presque égale double la sortie.
De même, UPM J1040−3551 BAB a été identifié comme un autre binaire proche par ses mesures infrarouges anormalement brillantes par rapport aux nains bruns typiques de son type spectral. L'analyse d'ajustement spectral a fortement soutenu cette conclusion, les modèles binaires offrant une correspondance nettement meilleure que les modèles à objet unique.
Le Dr Felipe Navarete, du Brésilien National Astrophysics Laboratory, a dirigé les observations spectroscopiques critiques qui ont aidé à caractériser les composants du système.
En utilisant le spectrographe Goodman sur le télescope de recherche astrrophysique (SOAR) du Sud à l'Observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili, un programme de NSF Nocarlab, le Dr Navarete a obtenu des spectres optiques de la paire plus lumineuse, tout en capturant les spectres d'infrartement proche de la paire Fine plus avec l'instrument triplespec de SOAR.
« Ces observations étaient difficiles en raison de la faillite des nains bruns », a déclaré le Dr Navarete, « mais les capacités de Soar nous ont permis de collecter les données spectroscopiques cruciales nécessaires pour comprendre la nature de ces objets. »
Leur analyse a révélé que les deux composants de la paire plus lumineuse sont des nains rouges de type M avec des températures d'environ 3 200 Kelvin (environ 2 900 ° C) et des masses d'environ 17% celles du soleil.
La paire plus faible est des objets plus exotiques: deux nains bruns de type T avec des températures de 820 Kelvin (550 ° C) et 690 Kelvin (420 ° C), respectivement.
Les nains bruns sont de petits objets à faible masse denses et denses, les nains bruns de ce système ayant des tailles similaires à la planète Jupiter mais des masses estimées à 10 à 30 fois supérieures. En effet, à l'extrémité inférieure de cette plage, ces objets pourraient être considérés comme des objets de « masse planétaire ».
« Il s'agit du premier système quadruple jamais découvert avec une paire de nains bruns de type T en orbite autour de deux étoiles », a déclaré le Dr Maricruz Gálvez-Ortiz du Center for Astrobiology en Espagne, co-auteur du document de recherche. « La découverte fournit un laboratoire cosmique unique pour étudier ces mystérieux objets. »
Contrairement aux étoiles, les nains bruns se refroidissent en continu tout au long de leur vie, ce qui modifie leurs propriétés observables telles que la température, la luminosité et les caractéristiques spectrales. Ce processus de refroidissement crée un défi fondamental dans la recherche naine brune connue sous le nom de «problème de dégénérescence de la masse d'âge».
Un nain brun isolé avec une certaine température pourrait être un objet plus jeune et moins massif ou plus ancien et plus massif – les astronomes ne peuvent pas faire la distinction entre ces possibilités sans informations supplémentaires.
« Les nains bruns avec de larges compagnons stellaires dont les âges peuvent être déterminés de manière indépendante sont inestimables pour briser cette dégénérescence en tant que références d'âge », a expliqué le professeur Hugh Jones, de l'Université du Hertfordshire, co-auteur du document de recherche.
« UPM J1040−3551 est particulièrement précieux car les émissions H-alpha de la paire plus lumineuse indiquent que le système est relativement jeune, entre 300 et 2 milliards d'années. »
L'équipe estime que la paire naine brune (UPM J1040−3551 BAB) pourrait potentiellement être résolue avec des techniques d'imagerie à haute résolution à l'avenir, permettant des mesures précises de leur mouvement orbital et de leurs masses dynamiques.
« Ce système offre un double avantage pour la science naine brune », a déclaré le co-chercheur, le professeur Adam Burgasser, de l'Université de Californie San Diego. « Il peut servir de référence à l'âge pour calibrer des modèles d'atmosphère à basse température, et comme une référence de masse pour tester les modèles évolutifs si nous pouvons résoudre le nain brun et suivre son orbite. »
La découverte du système UPM J1040−3551 représente une progression importante dans la compréhension de ces objets insaisissables et les voies de formation diverses pour les systèmes stellaires dans le quartier du soleil.
