Les astronomes ont « craqué » un cold case d’envergure avec l’étude de la lumière de la naine brune la plus froide connue – à ce jour. En effet, pour la première fois, des astronomes ont pu trouver la preuve de nuages formés d’eau sur un corps céleste en dehors de notre système solaire.

Alors que la mission Juno (1), placée depuis le 4 juillet 2016 autour de la géante gazeuse de Jupiter, entreprend l’exploration de celle-ci dans notre système solaire, les scientifiques explorent un monde isolé que les chercheurs analysent comme plus similaire à Jupiter que n’importe quelle exoplanète encore découverte : notre star du moment, appelé 0855 WISE. Gageons que les astronomes lui trouvent prochainement un nom à part entière, étant donné l’importance de la découverte (et je sais que certains me lisent).

Les dernières observations de ce monde, à la distance de 7.2 années-lumière de notre précieuse planète Terre, suggèrent très fortement que celui-ci possède dans son atmosphère des nuages d’eau, ou de glace d’eau.

Video Frigid Brown Dwarf May Have Water-Ice Clouds

Wise 0855 : Naine brune ou ‘Failed Star’

Pour vous faire une idée, 0855 WISE est une naine brune — un objet trop grand pour être une planète mais trop petit pour déclencher les réactions de fusion interne qui rendent les étoiles brillantes (ce qui explique un autre nom pour ces organismes : ‘ failed stars ‘ ce que nous pourrions traduire par « étoile ratée »).

Une naine brune est « une étoile ayant échoué », après s’être formée comme les étoiles par un effondrement gravitationnel d’un nuage de gaz et de poussière, mais sans gagner une masse suffisante pour susciter des réactions de fusion nucléaire.

Avec environ cinq fois la masse de Jupiter, WISE 0855 ressemble à cette planète géante gazeuse à bien des égards. Sa température est d’environ moins 20 degrés Celsius (250 Kelvin ou moins 10 degrés Fahrenheit), la rendant presque aussi froide que Jupiter, qui est à 130 Kelvin.

 « 0855 WISE est notre première occasion d’étudier un objet de masse planétaire extrasolaire qui est presque aussi froid que nos géantes gazeuses »

Andrew Skemer

Découvert en 2014 par Kevin Luhman de Penn State University à l’aide de données satellite grand champ Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA (2), WISE 0855, d’où son nom, est « relativement » proche – environ 7,2 années-lumière. C’est la quatrième plus proche exoplanète – si l’on peut utiliser ce terme ici, ne s’agissant pas d’une planète. Toutefois, elle est encore très difficile à observer.

Les naines brunes, de manière générale, ne sont pas facilement observables, car elles n’émettent qu’un faible rayonnement dans l’infrarouge.

La découverte des « failed stars », ayant des masses entre celle d’une étoile et planète — nos Naines brunes— est récente (1960) et la définition en est encore provisoire (2003) auprès de l’Union astronomique internationale (UAI). Maintenant, cette distinction est encore plus ambiguë avec la confirmation que WISE 0855 partage plus de ressemblance avec Jupiter que de nombreuses exoplanètes.

Des nuages d’eau découverts sur la naine brune Wise 0855

Les nouveaux éléments de preuve proviennent de la première analyse au spectroscope, ou lumière d’empreintes digitales, de l’objet, effectuée au télescope Gemini North à Hawaii (3). Le spectre présente aux astronomes la plus sûre mise en évidence d’eau condensée dans l’atmosphère d’un objet en dehors de notre système solaire.

« Je pense que tout le monde dans l’équipe de recherche a vraiment cru que nous rêvions de penser que nous pourrions obtenir un spectre de cette naine brune tant son éclat thermique est faible » a déclaré Andy Skemer (4), de l’Université de Californie à Santa Cruz (5). 0855 WISE est si frais et si pâle que beaucoup d’astronomes croyaient qu’il faudrait des années avant que nous puissions disséquer sa faible luminosité dans un spectre. « J’ai pensé que nous aurions à attendre jusqu’à ce que le télescope spatial James Webb soit opérationnel pour ce faire » ajoute-t-il.

« Il est cinq fois plus faible que tout autre objet détecté par spectroscopie terrestre à cette longueur d’onde » a déclaré Andy Skemer, dont les nouveaux résultats vont paraître dans l’Astrophysical Journal Letters et sont actuellement disponibles en ligne.

Le spectre, en utilisant le télescope Gemini North sur Maunakea à Hawaii, a été obtenu sur une période de 13 nuits (environ 14 heures de collecte des données, vous savez, les fameuses data, ici les data science, les analyses de celles-ci sont plutôt passionnantes, non ?).

« Ces observations peuvent se faire seulement sur une installation comme Gemini North. C’est grâce à son emplacement sur Maunakea, où il y a souvent étonnamment peu de vapeur d’eau dans l’air, à interférer avec les observations sensibles et la technologie sur le télescope, comme son miroir argenté de 8 mètres » dit Jacqueline Faherty du département de magnétisme terrestre de Carnegie (6).

(Vous pouvez sourire de la belle ironie de devoir éviter soigneusement nos propres vapeurs d’eau pour déceler celles pouvant exister ailleurs dans l’univers)

« Nous avons poussé la limite de ce que l’on pourrait faire avec un télescope ici sur terre. Et le résultat est spectaculaire. »

Le spectre résultant révèle la vapeur d’eau et des nuages dans l’atmosphère de 0855 WISE et ouvre des possibilités d’explorer la dynamique et la chimie de cette atmosphère. Un astronome de Gemini et chercheur de la naine brune, Sandy Leggett explique que le spectre montre moins de phosphine (un composé du phosphore et de l’hydrogène) que nous n’en voyons sur Jupiter, « ce qui suggère que l’atmosphère peut être moins turbulente, puisque le mélange produit la phosphine vue dans l’atmosphère de Jupiter ».

La phosphine, si vous n’avez pas suivi le lien (et je vous invite à le faire, juste par curiosité), pour faire court, est un charmant petit biocide (qui tue la vie), de surcroît corrosif pour les métaux et dans une certaine mesure pour les plastiques, qu’il déshydrate.

Si un jour les Humains peuvent – et gageons qu’ils y parviendront, persévérants et entreprenants comme ils sont depuis toujours – aller sur 0855 WISE, ou tout au moins y envoyer des sondes, il faudra se préoccuper de ces légers inconvénients, n’est-ce pas ?

La phosphine existe sur Terre, entre autres dans certaines zones marécageuses, mais sur cette naine brune, les proportions annoncées sont nettement moins accueillantes, pour nous, bien évidemment. Cela dit, à côté de Jupiter et de ses tempêtes, c’est un endroit tranquille pour les vacances, vous ne trouvez pas ?

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Pour préciser, Jupiter est à gauche, avec son aurore surprise le 30 juin 2016 par Hubble (Image ESA/NASA). 0855 WISE est en fait cinq fois plus grand que Jupiter, contrairement à ce que la juxtaposition des images pourrait laisser croire (Image NASA).

Prédire l’environnement d’une exoplanète plus précisément

Pour parvenir à confirmer cette découverte, les chercheurs ont mis au point des modèles atmosphériques de la chimie de l’équilibre pour une naine brune à 250 Kelvin et calculé les spectres résultants sous différentes hypothèses, nuageux et sans nuage.

Les résultats de précédentes observations de 0855 WISE, publiés en 2014, avaient fourni des indices de nuages d’eau. C’est pourquoi il se peut que vous ayez l’impression d’avoir déjà entendu parler de cette découverte, mais les données en 2014 étaient issues de données photométriques très limitées (la luminosité relative de certaines longueurs d’onde de la lumière).

Andrew Skemer, également coauteur en 2014, ajoute que les scientifiques sont capables de séparer la lumière de ce monde en une large gamme de longueurs d’ondes infrarouges et de déterminer sa composition moléculaire avec la spectroscopie. « La luminosité relative de chaque couleur nous donne un aperçu de l’environnement » sur O855 WISE. « Si nos yeux pouvaient voir la lumière infrarouge, qui est plus rouge que la lumière la plus rouge que nous pouvons voir, les données ressembleraient à un arc-en-ciel de couleurs. »

Sur cette note poétique, je vous laisse retourner à notre monde, de nuages d’eau et d’océans aux nuances bleues, dont les arcs-en-ciel peuvent encore nous faire rêver longtemps. Prenons-en soin.

Publication originale de Maïm Garnier,

les commentaires et formulations étant apportés pour apporter clarté et lisibilité pour un public curieux mais non spécialiste.

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Ressources pour aller plus loin

(1) Juno racontée par la Cité de l’Espace @CiteEspace (Toulouse, France) : http://www.cite-espace.com/actualites-spatiales/sonde-juno-emprise-jupiter/

(1) Mission Juno NASA @NASA  @NASAJuno  : https://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/index.html

(2) Mission WISE NASA @WISE_Mission : http://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/main/index.html

(3) Gemini North Telescope  @GeminiObs (Hawaï, United States) : http://gemini.edu/node/12536

(5) University of California Santa Cruz UCSC @ucsc (Santa Cruz, California, United States) :  http://news.ucsc.edu

(4) Andrew Skemer, from UCSC : http://news.ucsc.edu/2016/02/sloan-fellows.html

(6) Canergie Department of Terrestrial Magnetism  @carnegiescience  (Washington, United States) : http://www.carnegiescience.edu/

The new research was published in The Astrophysical Journal Letters.

Sources

University of California Santa Cruz UCSC @ucsc : http://news.ucsc.edu/2016/07/coldest-brown-dwarf.html

Spaceref  @SpaceRef : http://spaceref.com/astronomy/wise-0855—an-extrasolar-world-very-similar-to-jupiter.html

Elizabeth Howell on Space.com @Spacedotcom : http://www.space.com/33368-brown-dwarf-water-clouds-wise-0855.html

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