NAINES BRUNES

L'atmosphère des naines brunes

L'impact de la découverte de Gliese 229B fut énorme, d'une part dans le monde de l'astronomie stellaire, car cela confirmait les prédictions théoriques concernant l'existence des naines brunes, d'autre part, dans le monde de la planétologie, car le spectre de Gliese 229B ressemble à celui de Jupiter, avec en particulier des signatures caractéristiques d'absorption due à la vapeur d'eau et au méthane. La présence de méthane implique une température effective maximale de 1 600 K environ, nettement inférieure à la température minimale de l'étoile la moins massive, soit 0,07 masse solaire. Tout astre plus froid que cette limite sera un objet substellaire, naine brune ou planète. De nombreuses naines brunes du même type, nommées naines-T ou naines à méthane, ont été découvertes, grâce en particulier aux projets 2MASS et SDSS.

Les projets DENIS et 2MASS ont révélé des objets très rouges qui furent dénommés naines-L. Cette propriété particulière est due à la formation de grains de poussière dans l'atmosphère : lorsque la température devient inférieure à 2 000 K, certaines molécules présentes dans ces atmosphères peuvent s'assembler en entités plus grosses et plus complexes pour former des grains, voire des nuages. Les grains plus petits que le micromètre vont absorber le rayonnement dans le visible, opérant comme un couvercle posé sur l'objet, ce qui a pour effet de réchauffer globalement l'atmosphère. Il s'agit d'un effet semblable à l'effet de serre bien connu sur la Terre. Bloqué dans le visible, le flux va s'échapper dans l'infrarouge, expliquant les couleurs rouges des naines-L.

Une autre caractéristique importante des naines brunes fut mise en évidence à la même époque que la détection de Gliese 229B, avec la découverte de deux naines brunes – Teide 1 et Calar 3 – dans l'amas relativement jeune (environ 120 millions d'années) des Pléiades. Toutes deux ont une masse de l'ordre de 0,06 masse solaire, très proche de la limite entre étoiles et naines brunes. Elles sont beaucoup plus chaudes que Gliese 299B car beaucoup plus jeunes, avec une température effective de l'ordre de 2 500 K.

Mais ce qui rend ces objets particulièrement intéressants est la détection de lithium en surface. Le lithium est en effet présent dans le nuage à partir duquel s'est formée l'étoile ou la naine brune. Cet élément est détruit par réaction nucléaire à une température inférieure à celle de la fusion de l'hydrogène, mais cette destruction ne fournit pas assez d'énergie pour stopper la contraction initiale du nuage. En revanche, elle peut fournir des informations essentielles sur l'âge, la masse et la température centrale d'un objet, les raies spectrales du lithium étant assez intenses à la surface d'objets froids, donc facilement repérables. Les naines brunes présentent en plus la particularité remarquable d'être complètement convectives : leur intérieur est brassé par des mouvements macroscopiques qui homogénéisent complètement leur composition chimique. L'abondance de lithium observée en surface reflète ainsi son abondance centrale, et par conséquent les conditions de température dans les régions centrales, qui sont les plus chaudes. Au-dessous d'une masse d'environ 0,06 masse solaire, la température nécessaire à la fusion du lithium ne peut être atteinte : la présence de lithium à la surface d'un objet peut donc servir de test pour savoir si l'on a affaire à une naine brune ou non.