The James Webb Space Telescope (JWST) : À la recherche des naines brunes dans la nébuleuse de la Flamme
Le télescope spatial James Webb (JWST) a sondé profondément le voile poussiéreux d’une jeune nébuleuse illuminée par la formation d’étoiles à la recherche de naines brunes, ou étoiles ratées. Les naines brunes sont des objets stellaires qui naissent comme des étoiles mais ne parviennent pas à rassembler suffisamment de matière pour déclencher la fusion de l’hydrogène en hélium dans leur cœur. Ces corps, ayant des masses comprises entre 13 et 75 fois la masse de Jupiter (soit 1.3% à 7.5% de la masse du soleil), sont donc beaucoup plus faibles que les étoiles régulières de la séquence principale, bien que certaines réactions de fusion nucléaire se produisent en leur sein. Les naines brunes sont plus chaudes et plus lumineuses dans leur jeunesse, ce qui les rend plus faciles à repérer dans une jeune nébuleuse comme la nébuleuse de la Flamme, qui a environ 1 million d’années (si cela vous semble ancien, considérez que notre propre système solaire moyen est âgé de 4.6 milliards d’années).
La recherche des naines brunes dans la nébuleuse de la Flamme
Le JWST a réussi à percer l’épaisse couche de gaz et de poussière qui obscurcit la nébuleuse de la Flamme pour rechercher sa limite de masse la plus basse pour les naines brunes. La recherche a permis de découvrir des objets libres d’environ deux à trois fois la masse de Jupiter. Par objets libres, les astronomes entendent des objets qui n’orbitent pas autour d’une étoile parente. Il pourrait s’agir de fragments stellaires en voie de devenir des naines brunes.
L’objectif de ce projet était d’explorer la limite de masse faible fondamentale du processus de formation des étoiles et des naines brunes, a déclaré le chef de l’équipe, Matthew De Furio, de l’Université du Texas à Austin. Avec le JWST, nous sommes capables d’étudier les objets les plus faibles et de plus faible masse.
Le processus de fragmentation et la formation des naines brunes
La détection de ces fragments est importante car ils peuvent fournir une mine d’informations sur la formation des étoiles, ainsi que sur les différences et les similitudes entre les étoiles et les planètes. La fragmentation est un processus dépendant de l’équilibre entre la température, la pression thermique et la gravité, ainsi que d’autres facteurs légèrement moins critiques.
Lorsque les fragments de nuages moléculaires se contractent sous l’effet de leur propre gravité, leur température augmente. Un fragment ayant une masse suffisante devient un protoétoile qui déclenche la fusion de l’hydrogène. Cela entraîne une énergie vers l’extérieur qui équilibre la poussée gravitationnelle, arrêtant ainsi l’effondrement. L’objet stabilisé est alors une étoile de la séquence principale qui fusionne l’hydrogène en hélium dans son cœur. Cependant, si le cœur n’est pas suffisamment dense et chaud pour démarrer la fusion de l’hydrogène, il n’y a rien pour équilibrer la gravité et l’effondrement se poursuit sans interruption. Ces fragments ratés continuent à rayonner de la chaleur en essence, devenant ainsi des proto-naines brunes.
La limite de masse inférieure de ces fragments est théorisée entre 1 et 10 fois la masse de Jupiter. Les résultats de cette étude pourraient réduire cette plage de masse.
Comme cela a été constaté dans de nombreuses études précédentes, à mesure que l’on descend en masse, on trouve en réalité plus d’objets jusqu’à environ dix fois la masse de Jupiter. Dans notre étude avec le JWST, nous sommes sensibles à des objets d’une masse équivalente à 0,5 fois celle de Jupiter, et nous en trouvons de moins en moins à mesure que l’on descend en dessous de dix fois la masse de Jupiter, a déclaré De Furio. Nous trouvons moins d’objets ayant une masse de cinq Jupiters que d’objets ayant une masse de dix Jupiters, et nous trouvons beaucoup moins d’objets ayant une masse de trois Jupiters que d’objets ayant une masse de cinq Jupiters. Nous ne trouvons pas vraiment d’objets en dessous de deux ou trois masses de Jupiter, alors que nous nous attendrions à les trouver s’ils étaient présents, nous pensons donc que cela pourrait être la limite elle-même.
Meyer a ajouté que grâce au JWST, les astronomes ont pour la première fois pu explorer la limite de masse des naines brunes et même au-delà. Si cette limite est réelle, a poursuivi Meyer, il ne devrait pas y avoir d’objets d’une masse équivalente à une fois celle de Jupiter, libres dans notre galaxie de la Voie lactée, à moins qu’ils n’aient été formés en tant que planètes puis éjectés d’un système planétaire.
Passage de témoin entre Hubble et JWST
Le passage de témoin entre le télescope Hubble et le JWST est qualifié de bond quantique dans les capacités des astronomes à comprendre la nature des naines brunes. L’équipe poursuivra maintenant l’étude de la nébuleuse de la Flamme à l’aide du JWST, à la recherche d’objets dissimulés dans son voile dense et poussiéreux. Selon l’astronome Massimo Robberto de l’Institut des Sciences du Télescope Spatial, il existe une grande superposition entre les choses qui pourraient être des planètes et les choses qui sont des naines brunes de très faible masse. Notre travail au cours des cinq prochaines années consistera donc à déterminer ce qui est quoi et pourquoi. Les recherches de l’équipe ont été acceptées pour publication dans The Astrophysical Journal Letters.
