Le premier système binaire de naines brunes Y+Y dévoilé par le JWST

Des astronomes ont identifié le tout premier système binaire composé de deux naines Y, grâce à la caméra dans le proche infrarouge (NIRCam) du télescope spatial James Webb (JWST). Cette découverte extraordinaire éclaire les mécanismes de formation de ces objets énigmatiques et apporte de nouvelles informations précieuses sur la nature des compagnons substellaires, des objets célestes moins massifs que les étoiles (tels que les planètes ou les naines brunes) en orbite autour d’une étoile.

L’étude, menée par une équipe de chercheurs de l’Université du Michigan et de l’iREx à l’Université de Montréal, a été publiée dans Astrophysical Journal Letters en avril 2023. L’équipe a utilisé des techniques de pointe pour observer et analyser le système binaire avec une naine Y primaire nommée WISE J033605.05-014350.4, ou simplement W0336. Ces données faisaient partie du programme GO (General Observers) du cycle 1 du chercheur de l’iREx Loïc Albert, intitulé « Multiplicity Survey of 20 Y Dwarfs with NIRCam Kernel Phase Interferometry« . Pour ce programme, Loïc Albert et ses collègues ont bénéficié de près de 42 heures d’observation sur l’instrument NIRCam en mode imagerie.

Les naines brunes sont des objets célestes dont la masse est supérieure à celle d’une planète gazeuse géante, mais inférieure à ce qui est nécessaire pour provoquer la fusion de l’hydrogène indispensable au réacteur nucléaire dans le cœur d’une étoile. Les naines brunes ont donc généralement une masse comprise entre 13 et 80 fois celle de Jupiter. Les naines Y, en particulier, sont une classe de naines brunes qui occupent une région unique dans la gamme des températures, avec des températures effectives inférieures à 500 K (ou 227 degrés Celsius), ce qui les rend nettement plus froides que les autres populations de naines brunes.

Images JWST/NIRCam dans les filtres F150W et F480M montrant la naine Y primaire observée W0336. (Crédit : Calissendorff et al. 2023)

En utilisant l’instrument NIRCam du JWST pour imager la naine Y W0336, l’équipe chargée de la découverte a pu identifier un compagnon, également une naine Y, à environ 1 unité astronomique (UA), ce qui correspond à la distance entre la Terre et le Soleil. Le système binaire est situé à 33 années-lumière de la Terre. La température de la naine Y primaire W0336 a été estimée à 415 K, tandis que le compagnon a une température de 325 K (52 degrés Celsius), ce qui est similaire à la température de la Terre.

Une analyse plus poussée utilisant des modèles d’évolution a suggéré que la masse du compagnon se situe entre 4 et 12,5 fois celle de Jupiter, tandis que la masse de la naine Y primaire se situe entre 7,5 et 20 masses de Jupiter. Les chercheurs ont estimé que la période de ce système binaire est comprise entre 5 et 9 ans.

Les naines brunes, y compris les naines Y, sont des objets célestes intrigants qui remettent en question notre compréhension des processus de formation des étoiles. L’étude de la multiplicité des naines brunes fournit des informations précieuses sur leurs mécanismes de formation. L’étude des naines brunes dans les systèmes binaires, en particulier, aide les astronomes à mieux comprendre si les compagnons sous-stellaires se forment en isolation comme les étoiles, dans le disque de l’étoile primaire, comme les planètes, ou par un tout autre mécanisme de formation.

« Des études antérieures portant sur des naines brunes plus massives avaient montré que la plupart des naines brunes binaires sont des jumelles – les deux ayant des masses très similaires – un résultat qui s’explique mieux par le processus de formation des étoiles », explique Loïc Albert, chercheur à l’iREx et scientifique de l’instrument NIRISS. « Nous voulions déterminer si cela était vrai pour les naines Y les moins massives, ou si la formation de planètes pouvait se produire et produire des corps de masses très différentes. W0336 penche en faveur du scénario de l’étoile, mais plusieurs naines Y doivent encore être observées. »

Avec le nombre croissant de naines brunes découvertes dans le voisinage solaire, les relevés d’imagerie en profondeur et les missions infrarouges telles que WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) ont considérablement contribué à notre compréhension et au catalogage de ces objets. Le JWST, avec sa sensibilité exceptionnelle aux grandes longueurs d’onde infrarouges dans lesquelles les naines Y brillent plus intensément, offre des possibilités inégalées d’étudier plus en détail les propriétés de ces intrigants objets sous-stellaires.

« La nature forme des étoiles sur une large gamme de masses, des plus massives, plus de 100 fois la masse du Soleil, aux moins massives comme les naines brunes, moins de 1 % de la masse du Soleil. Ce qui est particulièrement intéressant avec W0336, c’est qu’elle offre la meilleure opportunité à ce jour de mesurer directement les masses des objets stellaires les moins massifs connus et d’établir quelle est cette masse minimale inférieure », s’exclame M. Albert. « À cette fin, nous espérons surveiller ces naines brunes binaires au cours des prochaines années afin de mesurer leur mouvement sur le ciel lorsqu’elles gravitent l’une autour de l’autre. »

À propos de cette étude

L’article « JWST/NIRCam Discovery of the First Y+Y Brown Dwarf Binary : WISE J033605.05-014350.4 » a été publié dans Astrophysical Journal Letters le 20 avril 2023. Les auteurs principaux Per Calissendorff, Matthew De Furio, et Michael Meyer sont basés à l’Université du Michigan. Les chercheurs de l’iREx Loïc Albert, Frédérique Baron, Clémence Fontanive, et Thomas Vandal ont contribué à cet article, ainsi que les anciens chercheurs postdoctoraux Trottier de l’iREx Mohamad Ali-Dib et Daniel Thorngren.

Contact scientifique

Loïc Albert
Scientifique d’instrument NIRISS
Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes
Université de Montréal
loic.albert@umontreal.ca
Tel. (bureau): 514 343-6111 ext. 3698
Tel (cell): 438 820-7231

Contact médiatique

Nathalie Ouellette
Scientifique chargée des communications sur Webb
Institut Trottier de recherche sur les exoplanètes
Université de Montréal
nathalie@astro.umontreal.ca
Tel.: 613 531-1762