Des nuages d’eau confirmés sur un astre extérieur au Système solaire

Une équipe dirigée par le co-découvreur de la naine brune WISE 0855, en 2014, a relevé le défi d’obtenir un spectre détaillé de cet astre qui, bien que très proche, brille faiblement. Certaines de ses caractéristiques rappellent Jupiter, mais elle semble moins turbulente en surface et ses nuages sont composés d’eau. C’est la première fois que semblables nuages sont détectés ailleurs que dans notre Système solaire.

L’objet le plus froid connu au-delà de notre Système solaire n’est pas très loin : 7,2 années-lumière. Son nom est WISE 0855 (ou W0855) et il s’agit d’une naine brune. Un astre au statut ambigu : ni tout à fait une étoile — il n’a pas engrangé suffisamment de gaz dans la nébuleuse où il est né pour que, grâce aux réactions thermonucléaires, il brille comme un soleil —, ni tout à fait une planète — il est cinq fois plus massif que notre Jupiter.

Bien qu’elle soit la quatrième étoile la plus proche du Soleil, WISE 0855 est totalement invisible à l’œil nu. Elle est d’ailleurs une lueur si faible et pâle qu’elle ne fut découverte qu’en 2014, dans l’infrarouge, avec le satellite Wise (Wide-field Infrared Survey Explorer).

Réputée très difficile à observer, l’astre ne manque cependant pas d’intérêt : « WISE 0855 est notre première occasion d’étudier un objet extrasolaire de masse planétaire qui est presque aussi froid que nos géantes gazeuses » a déclaré son co-découvreur Andrew Skemer, qui a constitué une équipe il y a quelques mois pour tenter d’en connaître la composition et aussi la dynamique de son épaisse atmosphère.

Ce n’est toutefois pas évident depuis le sol terrestre, a rappelé le professeur d’astronomie et d’astrophysique à l’université de Californie à Santa Cruz, « WISE 0855 est cinq fois plus faible que tout autre objet détecté par spectroscopie depuis le sol à cette longueur d’onde ». D’ailleurs, « tout le monde dans l’équipe a cru que nous étions en train de rêver que nous pourrions obtenir un spectre de cette naine brune à cause de son éclat thermique si faible ». En fait, beaucoup pensaient qu’il faudrait attendre le lancement du télescope spatial James Webb, en 2018, pour espérer pouvoir disséquer la pâle lueur de cette étoile.

Les chercheurs ont relevé le défi et sont arrivés à leurs fins — dans une fenêtre étroite autour de 5 microns — en poussant à ses limites le télescope de 8 mètres de diamètre Gemini North, installé sur le Mauna Kea à Hawaï, équipé du spectrographe dans le proche-infrarouge GNIRS (Gemini Near-InfraRed Spectrograph). « Le résultat est spectaculaire » a indiqué Jacqueline Faherty, de l’institut Carnegie, co-auteure de l’étude publiée dans The Astrophysical Journal Letters (disponible sur arXiv).

Vue d’artiste de WISE 0855, la quatrième étoile la plus proche du Soleil, comme si nous pouvions la voir de près dans l’infrarouge — Crédit : Joy Pollard, Gemini Observatory, AURA
Vue d’artiste de WISE 0855, la quatrième étoile la plus proche du Soleil, comme si nous pouvions la voir de près dans l’infrarouge — Crédit : Joy Pollard, Gemini Observatory, AURA

Un spectre qui ressemble beaucoup à celui de Jupiter

Après 13 nuits et quelque 14 heures d’observations cumulées, la naine brune a livré quelques-uns de ses secrets. Ce corps aussi froid que le Pôle Nord possède de l’eau. Sous forme de glace ou de nuages. Pour les chercheurs, tout indique que c’est cette dernière possibilité qui prévaut. « Notre spectre montre que WISE 0855 est dominé par la vapeur d’eau et les nuages, avec une apparence globale qui est étonnamment similaire à Jupiter. »

Via les différents modèles atmosphériques d’un astre de ce type avec une température de -23 °C, les chercheurs ont pu consulter un large choix de spectres, selon différentes hypothèses comme par exemple, avec nuages de vapeur d’eau et sans. Celui, en haute-résolution, qu’ils ont patiemment collecté à Gemini North suggère la présence de ces nuages. C’est une première.

C’est un point commun avec notre géante Jupiter (rappelons que la sonde Juno vient de s’y insérer en orbite pour approfondir nos connaissances à son sujet). Leurs spectres respectifs sont « étonnamment similaires » par rapport aux caractéristiques d’absorption de l’eau. À la différence toutefois, souligne l’équipe, que leur teneur en phosphine n’est pas la même. En effet, l’absence d’une signature forte de ce gaz dans celui de WISE 0855 laisse entendre que son atmosphère est moins turbulente que celle de la plus grosse planète de notre Système solaire. Créé à l’intérieur plus chaud de la géante, cet élément réagit avec d’autres dans les parties externes, plus froides.

« Le spectre nous permet d’enquêter sur les propriétés dynamiques et chimiques qui ont longtemps été étudiées dans l’atmosphère de Jupiter, précise l’auteur principal, mais cette fois c’est pour un monde extrasolaire ».

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