On pourrait dire que les naines brunes ne reçoivent pas l’attention qu’elles méritent. Parfois appelées « étoiles ratées », elles n’ont pas assez de masse pour soutenir la fusion nucléaire, qui alimente toutes les étoiles, y compris notre Soleil. Mais elles sont aussi trop grosses pour être considérées comme des planètes, certaines ayant une masse 75 fois supérieure à celle de Jupiter.
Même si elles n’appartiennent pas à ces catégories habituelles d’objets astronomiques, les naines brunes détiennent des indices importants sur les processus qui ont formé la Voie lactée. L’observatoire Vera C. Rubin du NSF-DOE révélera bientôt une population de naines brunes jamais observée auparavant au-delà du voisinage immédiat du Soleil, offrant aux scientifiques davantage d’outils pour cartographier l’histoire et l’évolution de notre galaxie.
L’observatoire Rubin est un programme du NSF NOIRLab, qui, avec le laboratoire national d’accélérateurs du SLAC, exploitera conjointement Rubin.
« Les naines brunes sont des objets étranges, intermédiaires, qui défient toute classification », explique Aaron Meisner, astronome associé au NSF NOIRLab et membre de l’équipe scientifique communautaire de l’observatoire Rubin. En plus d’être plus petites que les étoiles, les naines brunes sont beaucoup plus froides, avec des températures de surface allant d’environ 0 à 2 000 degrés Celsius (32 à 3 600 degrés Fahrenheit). Cela signifie qu’elles ne produisent pas beaucoup de lumière dans le spectre visible, ce qui les rend difficiles à détecter avec des télescopes optiques.
« Il est possible que nous nageions dans une mer entière de ces objets qui sont vraiment faibles et difficiles à voir », a déclaré Meisner.
Les naines brunes sont aussi inhabituelles et insaisissables, ce qui en fait d’excellentes candidates pour aider les scientifiques à démêler la formation et l’évolution de la Voie Lactée, qui a été fortement influencée par des fusions avec des galaxies plus petites et plus proches. Les naines brunes ont une durée de vie plus longue que les étoiles plus grandes et plus chaudes, de sorte que des naines brunes lointaines qui se sont formées dans l’univers primitif sont toujours là, en grande partie inchangées et contiennent des informations précieuses sur la Voie Lactée au début de son histoire. En étudiant les propriétés de ces anciennes naines brunes, les scientifiques peuvent les suivre jusqu’à leurs galaxies d’origine et révéler tout changement dans la façon dont les étoiles de la Voie Lactée se sont formées au cours du temps cosmique.
Pendant dix ans, à partir de fin 2025, le télescope Simonyi Survey de Rubin scrutera le ciel depuis son point d’observation sur le Cerro Pachón au Chili. Rubin prendra des images larges et détaillées à l’aide de la caméra LSST, la plus grande caméra numérique au monde, couvrant l’ensemble du ciel visible toutes les quelques nuits. Les six filtres de la caméra Rubin transmettront la lumière d’une large gamme de longueurs d’onde optiques et dans le proche infrarouge. La capacité proche infrarouge de Rubin, combinée à son large champ de vision et à sa capacité à voir profondément dans l’espace, en fera un puissant détecteur d’objets faibles qui émettent principalement de la lumière infrarouge, comme les naines brunes.
Des prédictions détaillées sur les naines brunes lointaines que Rubin verra ont récemment été réalisées par Christian Aganze, chercheur postdoctoral à l’Université de Stanford.
Rubin captera la lumière des naines brunes à des distances bien plus grandes que les précédentes études en lumière visible. Les études optiques existantes comme Pan-STARRS et Sloan Digital Sky Survey nous ont principalement aidés à découvrir des naines brunes relativement proches.
« Les observations actuelles vont jusqu’à une distance d’environ 150 années-lumière du Soleil pour les anciennes naines brunes dans le halo de la Voie Lactée », a déclaré Meisner. « Mais Rubin sera capable de voir plus de trois fois plus loin. » Cette augmentation de la distance signifie une augmentation encore plus importante du volume total d’espace disponible pour que les scientifiques puissent trouver et étudier ces naines brunes, offrant aux scientifiques le plus grand échantillon de ces objets peu lumineux qu’ils aient jamais eu.
Les chercheurs comme Meisner sont enthousiasmés à l’idée de trouver suffisamment de naines brunes éloignées pour les étudier au niveau de la population plutôt qu’individuellement, afin de pouvoir comparer les propriétés de différents sous-groupes et rechercher des modèles dans la façon dont elles sont distribuées.
« Rubin révélera une population de naines brunes anciennes environ 20 fois plus importante que ce que nous avons observé jusqu’à présent », a déclaré Meisner. « Cela nous permettra de déchiffrer de quelles parties de la sous-structure galactique proviennent les différentes naines brunes et nous permettra de réaliser des avancées majeures dans notre compréhension de la formation des populations de la Voie lactée. »