Naine brune: ce qu’elle est, combien de temps elle vit et comment elle se forme

23 Jan 2023

OSR blog post

La quantité de masse avec laquelle une étoile naît est ce qui détermine son destin. Les étoiles sont des objets nés avec une grande masse et donc une forte auto-gravité de sorte que l'étoile se comprime sur elle-même, créant des températures internes élevées. Ces températures élevées déclenchent des réactions de fusion thermonucléaire, qui permettent aux étoiles de briller.

Les planètes, en revanche, ont une masse beaucoup plus faible et, par conséquent, une gravité plus faible et aucune fusion interne. Elles brillent principalement grâce à la lumière réfléchie par leur étoile. La naine brune ou les naines brunes se situent quelque part entre les masses des planètes géantes comme Saturne et jupiter, et les plus petites étoiles. Mais tentons d’en savoir plus (beaucoup plus) sur ce qu’est exactement une naine brune.

Qu’est-ce qu’une naine brune et quelle définition donner ?

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Les naines brunes constituent une catégorie bien distincte des planètes. Ces corps célestes, considérés comme des cousins des planètes géantes comme Jupiter, avec une masse comprise entre 13 et 75 masses de la géante gazeuse, présentent des caractéristiques particulières : ils sont trop grands pour être considérés comme des planètes à part entière et trop petits pour pouvoir déclencher la fusion de l’hydrogène typique du cœur des étoiles.

Après leur formation, les naines brunes se refroidissent lentement, se contractent et, se présentent ensuite avec leur propre atmosphère.

Les caractéristiques atmosphériques des naines brunes sont assez faciles à étudier car elles flottent librement dans l’espace et ne sont pas envahies par la lumière des étoiles, comme c’est le cas des exoplanètes. Cela fait des naines brunes des candidats idéaux pour comprendre leur évolution ainsi que celle des géantes gazeuses, qui leur sont apparemment très semblables.

Caractéristiques et taille d’une naine brune

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Chuck Carter, Caltech, NRAO/AUI/NSF, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Une naine brune est une étoile dont la masse est insuffisante pour déclencher une fusion de l’hydrogène dans leur noyau interne. Une naine brune est donc destiné à devenir de plus en plus froide jusqu’à atteindre quelques centaines de degrés et certainement moins. Cependant, elles se sont formées à partir du même matériau que les étoiles et sont même capables quelquefois de devenir une véritable étoile.

Les planètes, en revanche, suivent un système différent. Dans notre système solaire, par exemple, les planètes géantes sont parties d’un noyau rocheux autour duquel du gaz s’est épaissi sous la forme d’un disque d’accrétion. Ce mélange a provoqué une abondance d’éléments lourds trois fois supérieure à celle du Soleil.

L’observation la plus récente de la naine brune BD+01 2920B a été réalisée depuis l’espace (WISE) et depuis le sol (UKIRT à Hawaii et VISTA au Chili) et a permis d’évaluer la composition, la taille et la température de sa surface. Cette étoile inédite est 35 fois plus massive que Jupiter et tourne autour d’un compagnon stellaire distant de 390 milliards de kilomètres (2 600 fois la distance Terre-Soleil).

Lorsque des planètes géantes sont découvertes autour d’autres étoiles, il est généralement difficile de déterminer s’il s’agit en fait de planètes ou de naines brunes. Le travail combiné effectué sur BD+01 2920B montre qu’il est possible de faire une différence. Les techniques futures ne feront qu’améliorer ce qui a déjà été réalisé aujourd’hui avec notamment des télescopes plus puissants.

Naine brune: comment elle se forme?

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Une nouvelle étude, menée par une équipe de l’Université du Texas et d’Austin, s’est penchée sur le processus de formation d’une naine brune en utilisant des données provenant d’observations effectuées avec les télescopes terrestres Keck et Subaru à Hawaï.

Les chercheurs ont analysé les orbites d’un certain nombre de naines brunes autour de leur étoile dans 27 systèmes différents et ont comparé les résultats avec les données obtenues sur les exoplanètes géantes gazeuses et leurs orbites respectives à l’aide d’un modèle informatique.

La détermination de l’orbite d’une naine brune est d’une importance capitale pour les scientifiques car elle leur permet de déterminer leur processus de formation. L’étude montre que une naine brune avec une orbite plus circulaire s’est probablement formé comme une planète, tandis qu’une naine bleue avec une orbite plus allongée indiquent que l’objet s’est formé comme une étoile.

Les résultats montrent que lorsque ces objets ne dépassent pas les 15 masses de Jupiter, ils commencent à adopter des orbites circulaires, tandis que ceux dont la masse est plus élevée semblent faire partie de systèmes binaires. Selon les résultats du modèle informatique, le processus de formation d’une petite naine brune semble être similaire à celui d’une étoile contrairement aux géantes, qui semblent plutôt s’être formées comme des planètes.

Combien de temps vit une naine brune?

Les naines brunes sont difficiles à étudier. Il est aussi très périlleux pour les scientifiques d’estimer la durée du cycle de vie d’une naine brune.

Toutefois, on peut penser que la durée de vie moyenne d’une naine brune est d’environ 4 à 5 milliards d’années. Mais il n’y a pas longtemps, les astronomes ont découverts la naine brune WISE 1534-1043, qui aurait un âge estimé minimum de dix milliards d’années, c’est-à-dire plus vieux que notre univers…

Toujours est-il, il serait intéressant d’imaginer des scénarios d’évolution sur une naine bleue qui perd de sa luminosité en vieillissant (par opposition aux étoiles plus conventionnelles qui s’éclairent en vieillissant). Peut-être la vie pourrait-elle commencer dans les couches nuageuses d’une planète initialement semblable à Vénus, se déplaçant vers la surface lorsque l’atmosphère se refroidit et que les océans sortent de l’atmosphère, et enfin se déplaçant vers un état plus semblable à Europe avec les océans gelés sous une couche de glace. Voilà un scénario de science-fiction bien ficelé sur lequel les écrivains qui fréquentent ces pages pourront travailler !

Naine brune : s’agit-il d’une étoile naine ?

Une naine blanche (ou naine dégénérée) est une petite étoile à très faible luminosité mais à forte densité. C’est le point final de l’évolution d’une étoile de masse intermédiaire ou faible, entre 0,5 et 8 masses solaires.

Une naine brune, quant à elle, est une étoile dont la masse est supérieure à celle d’une planète, mais inférieure à celle de notre Soleil. Oui, on peut alors parler d’étoile naine.