L’observation
des naines rouges et des naines brunes
Depuis les années
1990, les astronomes tentent d’observer directement les différents candidats
proposés pour expliquer la matière noire baryonique afin
d’estimer leur contribution.
Les naines rouges
Jusque dans les
années 1990, les télescopes terrestres étaient incapables de confirmer
l’importance des naines rouges du fait
de la turbulence atmosphérique. Leurs
images étaient peu lumineuses et floues et ressemblaient à des galaxies, ce qui
rendait leur étude impossible.
Avec l’avènement
du télescope spatial Hubble, il devint possible d’observer des naines rouges
cent fois plus faibles qu’auparavant et de les différentier des galaxies. Des observations
furent alors menées dans des zones du ciel choisies de manière aléatoire et
montrèrent que les naines rouges n’étaient pas aussi abondantes qu’on
ne l’imaginait. Leur masse totale ne représentait qu’environ 10 pour cent
de celle de la Galaxie.
D’autres
observations concentrées sur un amas globulaire montrèrent que le nombre de
naines rouges de masse supérieure à un cinquième de celle du Soleil était très
grand, avec à peu près une centaine de naines rouges pour une étoile de type
solaire. Mais ces observations montrèrent également qu’il n’y avait pas de
naine rouge de masse inférieure. La masse limite de formation des étoiles n’est
donc probablement pas de huit pour cent de celle du Soleil, comme le
prévoyaient les modèles théoriques, mais plutôt d’environ vingt pour cent.
En tout cas, il
ressortait de ces observations que les naines rouges ne formaient qu’une très
faible fraction de la matière noire dans les halos de galaxies, de l’ordre
de six pour cent.
Les naines brunes
Les naines brunes n’émettent
guère de lumière et sont donc pratiquement impossibles à détecter, même dans le
voisinage du Soleil. Néanmoins, juste après leur formation, ces étoiles sont
soumises à une phase de contraction qui dure quelques centaines de milliers
d’années. Pendant cette période, elles libèrent une grande quantité d’énergie
gravitationnelle et peuvent donc émettre un rayonnement.
La première naine
brune découverte en 1994 à l’observatoire du mont Palomar (le petit point
lumineux un peu à droite du centre de chaque image). La naine brune, baptisée
Gliese 229B, est en orbite autour d’une naine rouge (à gauche) et se trouve à
environ 19 années-lumière de la Terre. L’image de gauche provient de
l’observatoire du mont Palomar, celle de droite fut prise en 1995 par le
télescope spatial. Crédit : S.
Kulkarni/Caltech/D. Golimowski/JHU/STScI/NASA
Il va sans dire
que les effets de la turbulence atmosphérique empêchent toute observation avec
un télescope terrestre classique. C’est ainsi un système d’optique adaptative qui détecta
la première naine brune en 1994, une découverte rapidement confirmée par le
télescope spatial. Cette naine brune, baptisée Gliese 229B, forme avec une
naine rouge un système binaire situé à 19 années-lumière. La masse de la naine
brune est entre 20 et 50 fois plus grande que celle de Jupiter et sa luminosité
est 100.000 fois plus faible que celle du Soleil. Son atmosphère est quant à
elle semblable à celle de Jupiter, avec en particulier une grande abondance de
méthane.
Cette découverte
était très importante car elle montrait que les naines brunes existaient
réellement. Depuis lors des programmes d’observation comme 2MASS (Two Micron
All Sky Survey) et SDSS (Sloan Digital Sky Survey) et la mission spatiale WISE
(Wide-field Infrared Survey Explorer) ont détecté des centaines de naines
brunes.
Malgré ces
observations, la contribution des naines brunes à la matière noire est encore
difficile à évaluer, elle est en tout cas assez faible, comme l’a montré une
autre technique utilisée pour étudier la matière noire : l’effet de microlentille gravitationnelle.
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