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Astres singuliers : planètes vagabondes et naines brunes

On aime classer les objets qui nous entourent en catégories simples : p. ex. vivant ou inanimé, plante ou animal. Toutefois, en astronomie, on rencontre rapidement des objets qui n'entrent pas dans ces catégories.

Vue d'artiste d'une planète vagabonde de la taille de Jupiter, flottant librement dans l'espace et n'orbitant pas autour d'une étoile. (Source : NASA/JPL-Caltech.)

Dans leur travail d'exploration du cosmos, les astronomes découvrent plusieurs objets difficiles à classifier, ce qui les mène souvent à créer de nouvelles catégories d'astres. Parfois, même des objets bien connus doivent être changés de catégorie. Par exemple, Pluton, considérée comme une planète depuis sa découverte en , est un nouveau type de corps céleste depuis  : c'est maintenant une planète naine.

Planètes vagabondes

Une planète est définie comme suit : corps céleste en orbite autour d'une étoile de masse suffisante pour avoir une forme quasi sphérique et pour avoir éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche. Et si une planète se libérait de l'attraction gravitationnelle de son étoile, que se passerait-il?

Les planètes se forment habituellement au même moment que leur étoile dans un disque protoplanétaire. Les systèmes solaires peuvent être très chaotiques, ce qui peut entrainer l'éjection d'une planète du système. Ces planètes vagabondes flottent librement dans l'espace sans orbiter autour d'une étoile. Elles sont donc très difficiles à détecter et à étudier.

Les naines brunes

Dans cette image, la taille d'une naine brune est comparée à celle d'autres corps célestes. Une naine brune est un astre étrange qui peut être considéré comme une « étoile ratée » : elle n'est pas assez massive pour devenir une étoile, mais est plus massive qu'une planète. (Sources : NASA/ESA/A. Simon, GSFC de la NASA, Agence spatiale canadienne.)

Une étoile est une sphère lumineuse de gaz chauds (surtout de l'hydrogène) dont la masse est suffisante pour déclencher la fusion nucléaire de l'hydrogène dans son noyau. Les planètes, quant à elles, ne sont pas assez massives pour déclencher ce genre de réaction.

Certains éléments chimiques comme le deutérium (ou hydrogène lourd) se fusionnent facilement dans des astres moins massifs que les plus petites étoiles : les naines brunes.

Les naines brunes se situent entre les planètes et les étoiles. Elles sont entre 13 et 80 fois plus massives que Jupiter (en comparaison, c'est 1000 fois pour le Soleil). Leur masse est suffisante pour la fusion du deutérium, mais pas de celle de l'hydrogène. Bien que les naines brunes produisent leur propre chaleur et énergie, elles brillent beaucoup moins que les étoiles. Voilà pourquoi leur détection est difficile.

Un regard canadien sur ces excentricités cosmiques

Les chercheurs Aleks Scholz, Ph. D. (Université St. Andrews, à gauche) et Loïc Albert, Ph. D. (Université de Montréal, à droite) mènent les programmes d'observation en temps garanti avec le télescope spatial James Webb qui aideront les astronomes à mieux comprendre les planètes vagabondes et les naines brunes. (Sources : E. Broughton [Université St. Andrews] et L. Albert.)

On ne comprend pas bien les planètes vagabondes et les naines brunes, mais les astronomes canadiens qui utiliseront le télescope spatial James Webb souhaitent changer cette situation.

Il est difficile d'étudier ces corps célestes, car ils sont beaucoup moins brillants que les étoiles, notamment dans la lumière visible. Ils le sont toutefois beaucoup plus dans l'infrarouge, qui est le type d'onde électromagnétique pour lequel le télescope James Webb a été conçu. Des modes d'observation particuliers de l'instrument canadien NIRISS embarqué sur le télescope Webb sont prévus expressément pour l'étude de ces objets mystérieux. Grâce à sa participation à cette mission, le Canada s'est vu accorder 450 heures d'observation en temps garanti avec le télescope pendant les premières années.

Aleks Scholz de l'Université St Andrews dirigera un programme d'observation en temps garanti (19 heures) où l'instrument NIRISS servira à détecter et étudier les planètes vagabondes et les naines brunes dans une nébuleuse à 1000 années-lumière de distance. Son équipe recueillera leur spectre (répartition de l'énergie lumineuse en fonction de la longueur d'onde) et évaluera le nombre de ces astres. Aleks Scholz souhaite aussi mieux définir les limites qui séparent les naines brunes des plus grosses planètes et des plus petites étoiles.

Loïc Albert de l'Université de Montréal collabore avec Aleks Scholz au programme précédent, mais il disposera aussi de trois heures d'observation en temps garanti pour prendre des images de naines brunes. L'instrument NIRISS servira également, à l'aide du mode d'interférométrie, à prendre des images de systèmes solaires en formation. M. Albert et ses collègues tenteront d'observer quelques-unes des naines brunes les moins massives. Ce travail permettra aux astronomes de déterminer la taille minimale des naines brunes, ce qui devrait les aider à les différentier des planètes vagabondes puisque ces deux types d'objets ont plusieurs caractéristiques en commun.

Fruit d'une collaboration internationale entre la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne, le télescope spatial James Webb est l'observatoire spatial le plus complexe et le plus puissant jamais construit. Le Canada a fourni au télescope deux éléments déterminants : le détecteur de guidage de précision (FGS) et l'imageur dans le proche infrarouge et spectrographe sans fente (NIRISS). En échange de cette contribution, les chercheurs canadiens auront accès à 5 % du temps d'observation offert à la communauté internationale.

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