En combinant la puissance des télescopes terrestres et spatiaux, les astronomes ont découvert une nouvelle naine brune – un type d’objet situé entre une étoile et une planète – en orbite autour d’une petite étoile à environ 55 années-lumière de la Terre. De plus, les observations infrarouges ont révélé des variations de sa luminosité, suggérant que des nuages et des tempêtes pourraient se former et se déplacer dans l'atmosphère de la naine brune.
Dans notre galaxie, la Voie lactée, le type d’étoile le plus courant est la petite étoile froide connue sous le nom de naine M ou naine rouge. Elles représentent plus de la moitié de toutes les étoiles de notre galaxie. Étant donné que les naines M sont intrinsèquement faibles, il a été difficile de déterminer combien d’entre elles ont des planètes ou des naines brunes comme compagnes. Les naines brunes sont trop légères pour briller comme des étoiles normales, mais elles sont plus lourdes que les planètes, elles comblent donc le fossé entre les deux. Comprendre la fréquence à laquelle ces compagnons existent et quelles sont leurs masses est essentiel pour apprendre comment les étoiles et les planètes se forment et évoluent.
Une équipe de recherche internationale dirigée par le Centre d'astrobiologie de l'Université d'État de Californie à Northridge et l'Université Johns Hopkins a découvert une naine brune en orbite autour d'une naine M proche LSPM J1446+4633 (ci-après J1446), située à environ 55 années-lumière de la Terre (fig. 1).
Le compagnon, J1446B, a une masse d'environ 60 fois celle de Jupiter et orbite autour de son étoile hôte à une distance 4,3 fois supérieure à la séparation Terre-Soleil, complétant une orbite en 20 ans environ. De plus, les observations dans le proche infrarouge ont révélé des variations de luminosité d’environ 30 %, indiquant une possible activité nuageuse ou une circulation atmosphérique sur la naine brune.
L'étude, « Explorations d'imagerie directe pour les compagnons du programme stratégique II Subaru/IRD ; Découverte d'un compagnon nain brun autour d'un LSPM J1446+4633 nain moyen-M à proximité », est publiée dans Le journal astronomique.
« L'étude de la météo sur ces objets lointains nous aide non seulement à comprendre comment leur atmosphère se forme, mais éclaire également notre recherche plus large de planètes vivantes au-delà du système solaire », explique Taichi Uyama, chercheur au Centre d'astrobiologie du Japon et auteur principal de l'étude.
La clé de cette découverte réside dans la combinaison de trois techniques d'observation complémentaires : (1) des mesures précises de la vitesse radiale à l'aide du Doppler infrarouge (IRD) sur le télescope Subaru, (2) l'imagerie directe avec l'observatoire WM Keck et (3) des mesures astrométriques du mouvement de l'étoile hôte avec le vaisseau spatial Gaia.
En analysant ensemble les trois ensembles de données, l’équipe a déterminé avec précision la masse et l’orbite du compagnon (fig. 2). En particulier, les six années de données du télescope Subaru issues de son programme stratégique (IRD-SSP) ont été cruciales. Les données de vitesse radiale ne peuvent à elles seules briser la dégénérescence entre la masse et l’inclinaison orbitale, mais l’ajout de l’imagerie directe et de l’astrométrie Gaia résout cette ambiguïté.
Des études antérieures ont démontré la puissance de la combinaison de l’astrométrie Hipparcos et Gaia avec l’imagerie directe pour détecter et caractériser les compagnons. Cependant, Hipparcos n’a pas pu mesurer la position de naines rouges faibles comme J1446. Cette étude est la première à appliquer des données uniquement Gaia à un tel système, limitant avec succès l’orbite et la masse dynamique d’une naine brune.
Cette découverte constitue une référence essentielle pour tester les scénarios de formation de naines brunes et les modèles atmosphériques. De futures observations pourraient même permettre aux chercheurs de cartographier les conditions météorologiques de cet objet intrigant. Ce résultat met en évidence la puissance de la combinaison de télescopes terrestres et spatiaux pour découvrir des mondes cachés au-delà de notre système solaire.
