October 24, 2020

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De nouveaux mondes dans notre arrière-cour cosmique

Des citoyens scientifiques, aidés par les installations du NOIRLab et de données prises à l’Observatoire du Mont-Mégantic, ont découvert l’existence de près de 100 naines brunes tout près de notre système solaire.

Est-ce que le voisinage du Soleil est aussi bien connu qu’on aime le prétendre ? Nos recensements sont-ils bien complets ou se cache-t-il autre chose dans notre voisinage de la galaxie ? Aujourd’hui, des astronomes rapportent la découverte d’une centaine de nouveaux mondes près de notre Soleil. Ces astres froids sont des objets trop peu massifs pour être des étoiles et sont connus sous l’appellation « naines brunes ». Plusieurs de ces nouvelles « presque étoiles » découvertes par l’équipe Backyard Worlds: Planet 9 sont parmi les plus froides connues, dont quelques-unes approchent même la température ambiante sur Terre. Elles sont ainsi assez froides pour abriter des nuages d’eau. Ces récentes découvertes ont été rendues possibles grâce aux installations du NOIRLab de la Fondation nationale pour la science (NSF) des États-Unis, à une équipe de recherche de données composée de bénévoles participant à l’initiative Backyard Worlds : Planet 9, un projet de science participative, et à l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM).

La découverte et la caractérisation des objets astronomiques proches du Soleil sont des étapes fondamentales pour mieux comprendre notre place dans l’Univers. Une percée remarquable de ce domaine a été annoncée aujourd’hui, avec la découverte d’environ 100 naines brunes près du Soleil. Ces nouvelles découvertes de Backyard Worlds : Planet 9 comblent un vide qui existait depuis longtemps parmi les naines brunes à basse température et permet de dresser un portrait beaucoup plus global des différentes populations de naines brunes.

« Ces mondes froids offrent la possibilité d’acquérir de nouvelles connaissances sur la formation et les atmosphères des planètes au-delà du système solaire », déclare Aaron Meisner, membre du NOIRLab de la NSF et premier auteur de l’article derrière ces résultats. « Ce nouvel ensemble de naines brunes froides nous permet également d’estimer avec précision le nombre de mondes qui errent dans l’espace interstellaire près du Soleil ».

Vue d’artiste d’une naine brune en orbite autour d’une naine blanche
. L’une des découvertes rares de cette étude est la plus ancienne paire naine blanche/naine brune connue dont la séparation est très grande. Le petit globe blanc représente la naine blanche (le reste d’une étoile semblable au Soleil, morte depuis longtemps), tandis que l’objet brun orangé au premier plan est le compagnon de la naine blanche. Cette petite naine brune avait été manquée par les recensements passés parce qu’elle se trouve directement dans le plan de la Voie lactée, une région très peuplée d’étoiles d’arrière-plan compliquant les recensements automatisés de naines brunes. Crédit : NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld, remerciements : William Pendrill.

Cette avancée majeure n’aurait pu voir le jour sans les données d’archives rendues disponibles grâce à la Community Science and Data Center (CSDC), par tous les programmes du NOIRLab de la NSF, mais aussi grâce aux contributions du télescope de 1,6 mètre de diamètre de l’OMM. Les données de la CSDC proviennent de plusieurs télescopes, dont le télescope Nicholas U. Mayall à l’Observatoire national de Kitt Peak (KPNO) et le télescope Víctor M. Blanco de l’Observatoire interaméricain au Cerro Tololo (CTIO), tous deux ayant un diamètre de 4 mètres. Toutes ces données ont ensuite été mises à la disposition de nombreux bénévoles du projet Backyard Worlds : Planet 9 à l’aide de la plateforme Data Lab de la CSDC. Les résultats ont finalement été publiés dans la revue Astrophysical Journal.

Les naines brunes sont des intermédiaires entre les planètes les plus massives et les étoiles les plus petites. Sans la masse nécessaire pour initier la fusion nucléaire de l’hydrogène dans leur noyau, ces astres sont considérés comme étant sous-stellaires. Leur faible masse, leur basse température et l’absence de fusion d’hydrogène rendent leur luminosité très faible et, par le fait même, elles sont extrêmement difficiles à détecter. C’est pourquoi, lorsque vient le temps d’étudier ces objets froids, les astronomes concentrent leurs efforts sur le voisinage galactique rapproché du Soleil.

Afin de trouver ces voisins cachés dans notre coin de la Galaxie, les astronomes du projet Backyard Worlds : Planet 9 se sont tournés vers un réseau mondial de plus de 100 000 scientifiques citoyens. Ces bénévoles inspectent avec soin des millions d’images prises par les télescopes afin d’y identifier les mouvements subtils des naines brunes. Malgré les grands progrès dans le domaine de l’apprentissage machine et des superordinateurs, rien ne vaut l’œil humain lorsqu’il s’agit d’identifier des objets en mouvement.

WISEA 0258-3219, un membre de l’échantillon du Spitzer Backyard Worlds : Planet 9 récemment publié, serait une naine brune à 85 années-lumière du Soleil. Ces captures d’écran du Legacy Surveys montre comment la combinaison de données provenant de WISE/Blanco/Mayall peut aider au processus de découverte et de contrôle des naines brunes. Les flèches vertes indiquent la naine brune, qui apparaît en orange dans WISE et en rouge foncé dans les données de l’enquête Legacy Surveys de Blanco/DECam. Crédit : WISE/Blanco/Mayall

Les yeux perçants des bénévoles de Backyard Worlds : Planet 9 ont déjà découvert plus de 1 500 de ces « étoiles manquées » à proximité du Soleil, et l’article scientifique publié cette semaine présente 100 des plus froides dans cet échantillon. D’après Meisner, c’est un record pour tout programme de science participative en termes de la quantité de nouveaux astres découverts, par un facteur d’environ 20. On compte même, parmi ces bénévoles, 20 scientifiques citoyens inclus comme  co-auteurs de l’étude. Une poignée de ces mondes froids ont même une atmosphère dont la température est similaire à celle de la Terre. C’est le télescope spatial Spitzer de la NASA qui a permis aux scientifiques d’estimer la température de ces naines brunes. D’autres observatoires, dont l’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM), ont prêté main-forte aux scientifiques en identifiant à l’avance quelles cibles étaient plus prometteuses pour les observations subséquentes avec le télescope spatial Spitzer. Les scientifiques ont aussi utilisé l’instrument NIRES à l’observatoire Keck, ainsi que l’instrument FIRE au télescope Magellan-Baade, pour mesurer la composition atmosphérique de certaines de ces naines brunes.

Le laboratoire de données du NOIRLab a aussi joué un rôle essentiel dans cette recherche, comme l’explique Aaron Meisner. « La charge technique que représente le téléchargement de ces catalogues, contenant des milliards d’objets astronomiques, est généralement insurmontable pour les chercheurs individuels, y compris la plupart des astronomes professionnels ! Heureusement, le portail Web accessible du Data Lab a permis aux nombreux scientifiques citoyens de Backyard Worlds : Planet 9 de pouvoir facilement consulter les catalogues imposants d’images infrarouges ». Data Lab permet également une correspondance pratique entre les ensembles de données provenant des télescopes du NOIRLab et des installations externes, telles que le satellite WISE, qui a contribué conjointement à ces découvertes de naines brunes.

L’Observatoire du Mont-Mégantic (OMM) a également contribué à la découverte de ces nouvelles naines brunes en prêtant main-forte aux scientifiques. L’OMM a identifié à l’avance quelles cibles étaient plus prometteuses pour les observations faites ensuite avec le télescope spatial Spitzer. Crédit : Rémi Boucher

L’approche du projet Backyard Worlds: Planet 9, c’est-à-dire la recherche d’objets rares dans de grands ensembles de données, est également l’un des objectifs scientifiques du prochain observatoire Vera C. Rubin, un programme du NOIRLab de la NSF. Présentement en construction sur le mont Cerro Pachón dans le désert d’Atacama au Chili, l’Observatoire Rubin tentera d’obtenir des images de l’hémisphère Sud entier à toutes les trois nuits, et ce, pendant dix ans. Il n’y a aucun doute que cette grande quantité de données rendra possible de nouvelles façons de faire de la recherche en astrophysique.

« Ces vastes ensembles de données modernes permettent de faire des découvertes marquantes, et il est passionnant qu’elles puissent aussi être faites par des citoyens scientifiques », conclut Aaron Meisner. « Ces découvertes de Backyard Worlds : Planet 9 démontrent que le public peut jouer un rôle important dans notre compréhension scientifique du voisinage solaire ».

À propos de l’étude

L’article Spitzer Follow-up of Extremely Cold Brown Dwarfs Discovered by the Backyard Worlds : Planet 9 Citizen Science Project paraîtra dans la revue Astrophysical Journal. En plus de Jonathan Gagné (Université de Montréal et Planétarium Rio Tinto Alcan), 6e auteur de l’article, l’équipe comprend l’auteur principal Aaron Meisner, assistant scientifique au NOIRLab de la Fondation nationale de science, Jacqueline K. Faherty, du Département de physique au Musée américain de l’histoire naturel et plus de 38 autres co-auteurs.

Contact

Jonathan Gagné
Conseiller scientifique
Planétarium Rio Tinto Alcan | Espace pour la vie, Montréal, Canada
jonathan.gagne@montreal.ca

Liens supplémentaires

Article scientifique
Communiqué de presse de NOIRLab
Article de blog de Backyard Worlds : Planet 9
Projet Backyard Worlds: Planet 9

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