La naine brune la plus proche de la Terre a des bandes nuageuses comme Jupiter

Adrien Coffinet

À 6,5 années-lumière de la Terre se trouve Luhman 16, un système binaire constitué des naines brunes les plus proches de nous. Une étude polarimétrique a permis de déterminer que la plus massive des deux possède à sa surface des bandes nuageuses similaires à celles de Jupiter.

Luhman 16 est un système constitué de deux naines brunes découvertes par Kevin Luhman en 2013. Ce système, situé à 6,5 années-lumière de nous, est le troisième plus proche du Système solaire, seulement devancé par le système triple Alpha Centauri (dont Proxima Centauri) et par l'étoile de Barnard. Ceci fait de ces deux membres les naines brunes les plus proches de la Terre. Luhman 16 A et B, de types spectraux L7,5 et T0,5, ont des masses respectives de 33 et 29 fois celle de Jupiter et toutes deux une température d'environ 1.000 °C.

Luhman 16 observé par polarimétrie

Dans un nouvel article, Maxwell A. Millar-Blanchaer et ses collègues décrivent leur étude des deux naines brunes par polarimétrie. Cette technique vise à mesurer la polarisation de la lumière de ces objets. C'est la première fois que cette technique est utilisée pour contraindre la présence, sur des corps situés hors du Système solaire, des structures atmosphériques ne variant pas par rotation, autrement dit des bandes nuageuses telles qu'on peut en trouver sur Jupiter ou sur Saturne. En l'occurrence, les scientifiques ont observé en avril 2018 les deux naines brunes en bande H (proche infrarouge) avec l'instrument NaCo du Very Large Telescope (VLT) pour en mesurer la polarisation linéaire. Ils ont alors comparé les mesures obtenues avec différents modèles : des couches nuageuses solides, des bandes nuageuses ou des naines brunes avec une atmosphère homogène mais plus ou moins aplaties du fait de leur rotation.

Des bandes nuageuses sur Luhman 16 A

Les chercheurs ont ainsi pu déterminer que 0,03 % de la lumière de Luhman 16 A est linéairement polarisée. Les modèles excluent que cette polarisation puisse être due à un objet juste aplati, mais les observations sont compatibles avec des modèles à bandes nuageuses. Luhman 16 B, bien que très similaire à sa compagne sur de nombreux points, a néanmoins des conditions météorologiques très différentes. Les observations ont montré qu'elle a, pour sa part, une polarisation linéaire de 0,01 %, ce qui ne permet pas de tirer de conclusion. Luhman 16 B pourrait avoir une forme légèrement aplatie, des bandes nuageuses, ou juste des nuages irréguliers.

Un suivi à venir et une technique qui peut se généraliser

Les auteurs notent que ces observations montrent la morphologie des nuages de ces deux astres à un point donné dans le temps. La variabilité observée dans les mesures de polarisation d'études antérieures montre que la morphologie des nuages peut varier dans le temps. Les auteurs ont par conséquent obtenu des observations de suivi de Luhman 16 en avril 2019 afin de rechercher la variabilité à court et à long terme de la polarisation des naines brunes. Ces données n'ont pas encore été analysées et seront publiées dans une étude de suivi.

Par ailleurs, la technique de polarimétrie ne se limite pas aux naines brunes. Elle peut s'appliquer aussi aux exoplanètes, notamment aux géantes gazeuses chaudes, dont l'atmosphère ressemble à celle des naines brunes. Bien que la mesure d'un signal de polarisation soit plus difficile pour les exoplanètes en raison de leur faible luminosité et de la proximité de leur étoile, les informations obtenues pour les naines brunes peuvent potentiellement éclairer ces futures études. Les télescopes tels que le James-Webb ou le WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) seront également utiles pour étudier Luhman 16 et d'autres systèmes pour en apprendre plus sur leurs structures nuageuses.

La vitesse des vents d'une naine brune mesurée pour la première fois

Si, sur Terre, les vents dépassent rarement les 300 km/h, ce n'est pas le cas sur tous les corps célestes. Une nouvelle étude, combinant observations dans l'infrarouge et dans le domaine radio, a permis de mesurer la vitesse du vent sur une naine brune et de déterminer qu'elle y atteint 2.300 km/h.

Les naines brunes sont des corps célestes intermédiaires en masse, entre les planètes géantes gazeuses (comme Jupiter) et les étoiles. Depuis le milieu des années 1990, plusieurs centaines de naines brunes ont été découvertes. Sur Terre ou tout autre corps ayant une surface solide bien identifiée, la vitesse du vent est mesurée par rapport à cette surface. Cependant, les planètes géantes gazeuses et les naines brunes sont composées presque entièrement de gaz, donc il faut utiliser une autre référence.

Dans les couches supérieures de ces corps, les différentes portions de gaz peuvent se déplacer indépendamment. Cependant, en profondeur, la pression est si importante que le gaz tourne d'un seul bloc. C'est la rotation de cette partie, que l'on considère comme l'intérieur de ces corps, qui sert de référence pour mesurer les vents en surface.

De la théorie à la pratique

Dans un article publié dans Science, Katelyn N. Allers, Johanna M. Vos, Beth A. Biller et Peter K. G. Williams décrivent comment ils sont parvenus à mesurer la vitesse du vent sur une naine brune. L'objet étudié, 2MASS J10475385+2124234 (en abrégé 2MASS J1047+21), a une masse estimée entre 16 et 68 fois celle de Jupiter. Situé à 34 années-lumière de nous et d'une température de 600 °C, cet objet brille suffisamment en infrarouge pour que Spitzer, télescope spatial de la Nasa récemment retiré du service, détecte les variations de luminosité de la naine brune au cours de sa rotation. Ces variations permirent à Katelyn Allers et ses collègues de déterminer la période de rotation de la surface de l'objet : 1,741 ± 0,007 heure.

Pour déterminer la vitesse de l'intérieur de 2MASS J1047+21, les chercheurs se sont tournés vers son champ magnétique. Alors que la naine brune tourne, le champ magnétique accélère des particules chargées qui produisent alors des ondes radio que les chercheurs ont détectées avec les radiotélescopes du Karl G. Jansky Very Large Array, au Nouveau-Mexique (États-Unis). Ils ont alors pu déterminer que l'intérieur de la naine brune mettait entre 1,751 et 1,765 heure pour faire un tour sur lui-même.

La différence entre les deux périodes de rotation a permis de déterminer que les vents en surface de 2MASS J1047+21 soufflent vers l'est à une vitesse de 650 ± 310 m/s (2.340 ± 1.116 km/h). À titre de comparaison, les vents les plus rapides du système solaire se trouvent sur Neptune, où ils peuvent dépasser les 2.000 km/h.

Précédents historiques et validation de la méthode

Dans le passé, des scientifiques avaient déjà utilisé Spitzer pour déterminer la présence de vents et estimer leur vitesse sur des exoplanètes et des naines brunes à partir des variations de luminosité de leur atmosphère en infrarouge. Par ailleurs, des observations réalisées avec le spectrographe Harps, installé sur le télescope de 3,6 mètres de l'Observatoire européen austral, à La Silla (Chili), ont permis de mesurer directement la vitesse du vent sur une planète éloignée.

La différence est que, avec la technique de Katelyn Allers et ses collègues, on peut directement comparer la vitesse en surface et à l'intérieur du corps, alors que les méthodes précédentes ne disent rien sur les profondeurs des objets étudiés.

En utilisant des mesures de Jupiter similaires à celles de la naine brune et en les comparant avec des données plus détaillées recueillies grâce aux sondes spatiales, Kateryn Allers et ses collaborateurs ont pu confirmer la validité de leur méthode.

Une technique généralisable

La technique utilisée pour étudier 2MASS J1047+21 pourrait également servir pour en savoir plus sur l'atmosphère de planètes et d'autres corps dominés par le gaz en dehors de notre système solaire. « Nous pensons que cette technique pourrait être très utile pour donner un aperçu de la dynamique des atmosphères exoplanétaires, a déclaré Katelyn Allers. Ce qui est vraiment excitant, c'est de pouvoir apprendre comment la chimie, la dynamique atmosphérique et l'environnement autour d'un objet sont interconnectés, et la perspective d'avoir une vision vraiment complète de ces mondes. ».

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/naine-brune-vitesse-vents-naine-brune-mesuree-premiere-fois-80592/?fbclid=IwAR1pXnvyz09_uKPn1G5WJKnSoBLUp3f6HP5vrhlNS5lAO5khyH9zLJPAWWc#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura