Les naines brunes, souvent appelées « étoiles ratées », deviennent au fil du temps très sombres et beaucoup plus froides que les étoiles. Ces facteurs rendent l'observation des naines brunes avec la plupart des télescopes difficile, voire impossible, même à des distances cosmiques courtes du Soleil. Cependant, lorsqu'elles sont très jeunes, elles sont encore relativement plus chaudes et plus brillantes et donc plus faciles à observer malgré la poussière et le gaz denses et obscurcissants qui composent la nébuleuse de la Flamme dans ce cas.
Le télescope spatial James Webb de la NASA peut percer cette région dense et poussiéreuse et voir la faible lueur infrarouge des jeunes naines brunes. Une équipe d'astronomes a utilisé cette capacité pour explorer la limite de masse la plus basse des naines brunes dans la nébuleuse de la Flamme. Ils ont ainsi découvert des objets flottants d'une masse deux à trois fois supérieure à celle de Jupiter, bien qu'ils soient sensibles jusqu'à 0,5 fois celle de Jupiter.
« L'objectif de ce projet était d'explorer la limite fondamentale de faible masse du processus de formation des étoiles et des naines brunes. Avec Webb, nous sommes capables de sonder les objets les plus faibles et les plus massifs », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Matthew De Furio, de l'Université du Texas à Austin.
La recherche est publiée dans The Astrophysical Journal Letters.
Fragments plus petits
La limite de faible masse recherchée par l'équipe est déterminée par un processus appelé fragmentation. Au cours de ce processus, de grands nuages moléculaires, à l'origine des étoiles et des naines brunes, se brisent en unités de plus en plus petites, ou fragments.
La fragmentation dépend fortement de plusieurs facteurs, l'équilibre entre la température, la pression thermique et la gravité étant l'un des plus importants. Plus précisément, lorsque les fragments se contractent sous l'effet de la gravité, leur noyau se réchauffe. Si un noyau est suffisamment massif, il commencera à fusionner l'hydrogène.
La pression extérieure créée par cette fusion contrecarre la gravité, ce qui empêche l'effondrement et stabilise l'objet (alors appelé étoile). Cependant, les fragments dont le noyau n'est pas suffisamment compact et chaud pour brûler de l'hydrogène continuent de se contracter tant qu'ils évacuent leur chaleur interne.
La fragmentation s'arrête lorsqu'un fragment devient suffisamment opaque pour réabsorber son propre rayonnement, ce qui arrête le refroidissement et empêche un nouvel effondrement. Les théories plaçaient la limite inférieure de ces fragments entre une et dix masses de Jupiter. Cette étude réduit considérablement cette fourchette, car le recensement de Webb a compté des fragments de différentes masses au sein de la nébuleuse.
« Comme cela a été démontré dans de nombreuses études précédentes, à mesure que l'on descend vers des masses plus faibles, on trouve en fait davantage d'objets atteignant jusqu'à environ dix fois la masse de Jupiter. Dans notre étude avec le télescope spatial James Webb, nous sommes sensibles jusqu'à 0,5 fois la masse de Jupiter, et nous trouvons de moins en moins d'objets à mesure que l'on descend en dessous de dix fois la masse de Jupiter », a expliqué De Furio.
« Nous trouvons moins d'objets d'une masse de cinq Jupiter que d'objets d'une masse de dix Jupiter, et nous trouvons beaucoup moins d'objets d'une masse de trois Jupiter que d'objets d'une masse de cinq Jupiter. Nous ne trouvons pas vraiment d'objets d'une masse inférieure à deux ou trois Jupiter, et nous nous attendons à les voir s'ils sont là, donc nous émettons l'hypothèse que cela pourrait être la limite elle-même. »
Meyer a ajouté : « Webb a pu, pour la première fois, sonder jusqu'à cette limite et au-delà. Si cette limite est réelle, il ne devrait pas y avoir d'objets de la masse d'un Jupiter flottant librement dans notre galaxie, la Voie Lactée, à moins qu'ils ne se soient formés en tant que planètes puis éjectés d'un système planétaire. »
Nébuleuse de la Flamme (comparaison entre Hubble et Webb). Crédits : NASA, ESA, CSA, Alyssa Pagan (STScI)
S'appuyer sur l'héritage de Hubble
Les naines brunes, étant donné la difficulté de les repérer, sont une mine d'informations à fournir, notamment pour la formation des étoiles et la recherche planétaire, en raison de leurs similitudes avec les étoiles et les planètes. Le télescope spatial Hubble de la NASA est à la recherche de ces naines brunes depuis des décennies.
Même si Hubble ne peut pas observer les naines brunes de la nébuleuse de la Flamme avec une masse aussi faible que celle de Webb, son travail a été crucial pour identifier les candidates à une étude plus approfondie. Cette étude est un exemple de la façon dont Webb a pris le relais (des décennies de données Hubble du complexe de nuages moléculaires d'Orion) et a permis des recherches approfondies.
« Il est très difficile de réaliser ce travail, d'observer des naines brunes jusqu'à dix masses de Jupiter, depuis le sol, en particulier dans des régions comme celle-ci. Et les données existantes de Hubble sur les 30 dernières années nous ont permis de savoir qu'il s'agit d'une région de formation d'étoiles vraiment utile à cibler. Nous avions besoin de Webb pour pouvoir étudier ce sujet scientifique particulier », a déclaré De Furio.
« C'est un bond en avant dans nos capacités de compréhension de ce qui se passait avec Hubble. Webb ouvre vraiment un tout nouveau domaine de possibilités, la compréhension de ces objets », a expliqué l'astronome Massimo Robberto du Space Telescope Science Institute.
Cette équipe continue d’étudier la nébuleuse de la Flamme, en utilisant les outils spectroscopiques de Webb pour caractériser davantage les différents objets à l’intérieur de son cocon poussiéreux.
« Il y a un grand chevauchement entre les choses qui pourraient être des planètes et celles qui sont des naines brunes de très, très faible masse », a déclaré Meyer. « Et c'est notre travail au cours des cinq prochaines années : déterminer lesquelles sont lesquelles et pourquoi ».
Plus d'informations : Matthew De Furio et al., Identification d'un changement dans la fonction de masse initiale d'un jeune amas stellaire jusqu'à 0,5 MJ, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI : 10.3847/2041-8213/adb96a . iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/adb96a
Fourni par le Space Telescope Science Institute
Les naines brunes, étant donné la difficulté de les repérer, sont une mine d'informations à fournir, notamment pour la formation des étoiles et la recherche planétaire, en raison de leurs similitudes avec les étoiles et les planètes. Le télescope spatial Hubble de la NASA est à la recherche de ces naines brunes depuis des décennies.
Même si Hubble ne peut pas observer les naines brunes de la nébuleuse de la Flamme avec une masse aussi faible que celle de Webb, son travail a été crucial pour identifier les candidates à une étude plus approfondie. Cette étude est un exemple de la façon dont Webb a pris le relais (des décennies de données Hubble du complexe de nuages moléculaires d'Orion) et a permis des recherches approfondies.
« Il est très difficile de réaliser ce travail, d'observer des naines brunes jusqu'à dix masses de Jupiter, depuis le sol, en particulier dans des régions comme celle-ci. Et les données existantes de Hubble sur les 30 dernières années nous ont permis de savoir qu'il s'agit d'une région de formation d'étoiles vraiment utile à cibler. Nous avions besoin de Webb pour pouvoir étudier ce sujet scientifique particulier », a déclaré De Furio.
« C'est un bond en avant dans nos capacités de compréhension de ce qui se passait avec Hubble. Webb ouvre vraiment un tout nouveau domaine de possibilités, la compréhension de ces objets », a expliqué l'astronome Massimo Robberto du Space Telescope Science Institute.
Cette équipe continue d’étudier la nébuleuse de la Flamme, en utilisant les outils spectroscopiques de Webb pour caractériser davantage les différents objets à l’intérieur de son cocon poussiéreux.
« Il y a un grand chevauchement entre les choses qui pourraient être des planètes et celles qui sont des naines brunes de très, très faible masse », a déclaré Meyer. « Et c'est notre travail au cours des cinq prochaines années : déterminer lesquelles sont lesquelles et pourquoi ».
Plus d'informations : Matthew De Furio et al., Identification d'un changement dans la fonction de masse initiale d'un jeune amas stellaire jusqu'à 0,5 MJ, The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI : 10.3847/2041-8213/adb96a . iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/adb96a
Fourni par le Space Telescope Science Institute
