Naines brunes et exoplanètes

Les naines brunes ont une masse intermédiaire entre les étoiles et les planètes. Crédits: NASA/JPL-Caltech/UCB

Les naines brunes forment une classe d’objets à mi-chemin entre les planètes géantes, comme Jupiter, et les étoiles. Tous les objets dont la masse est supérieure à environ 75 fois celle de Jupiter (7 % de la masse du Soleil) sont des étoiles et brûlent surtout de l’hydrogène, tout au long de leur vie. Pendant cette phase de combustion nucléaire paisible, leur luminosité change très peu. Dans le cas des étoiles de faible masse (moins de 50 % de la masse du Soleil), elles conservent le même flux pendant plusieurs dizaines de milliards d’années, soit bien plus que l’âge actuel de l’univers.

Les objets dont la masse est inférieure à ce seuil (75 fois la masse de Jupiter) se refroidissent donc inexorablement, à partir d’une température de l’ordre de 3000 °C, jusqu’à la température ambiante d’une pièce, en quelques milliards d’années. Les objets les plus légers (moins de 13 fois la masse de Jupiter) sont appelés planètes (géantes), tandis que les plus massifs (13-75 fois la masse de Jupiter) sont des naines brunes.

Outre cette subdivision en apparence arbitraire, quelques autres points permettent de distinguer les naines brunes des planètes géantes. Ainsi, on trouve très peu de naines brunes en orbite serrée autour des étoiles, alors que les planètes sont très courantes. Aussi, on trouve plusieurs naines brunes dans le voisinage solaire (1 étoile sur 6 est une naine brune), tandis que les planètes « orpheline » (sans étoile) semblent beaucoup plus rares. CFBDSIR 2149, une planète sans étoile découverte par des chercheurs de l’Institut en 2013, dans le cadre d’une collaboration avec des chercheurs français, vient cependant brouiller la ligne de démarcation entre les planètes et les naines brunes.

En général, les naines brunes sont des astres isolés, pour lesquels il est relativement aisé d’obtenir un spectre détaillé. Ce n’est pas le cas des exoplanètes situées tout (trop) près de leur étoile. Puisque le refroidissement des naines brunes est semblable à celui des planètes géantes et que de nombreux phénomènes physiques qui gouvernent leur atmosphère sont communs aux deux types d’objets, l’étude des naines brunes permet de construire et de tester des modèles d’atmosphère aussi utilisés pour étudier les exoplanètes. Les chercheurs de l’Institut, notamment les professeurs David Lafrenière et René Doyon ainsi que les chercheurs Étienne Artigau et Loïc Albert, ont mené et participé à diverses études sur les naines brunes, notamment la détection de naines brunes dans le voisinage du Soleil (exemples : 1, 2, 3, 4, 5, 6), l’étude de leur variabilité (exemples : 1, 2, 3, 4), la découverte de naines brunes dans des systèmes binaires, tant étoile/naine brune que naine brune/naine brune (exemples : 1, 2, 3, 4), et la découverte de naines brunes jeunes (exemples : 1, 2, 3).