Publié par : Claude Marchis | 17 mars 2013

Étoiles naines brunes et matière noire – Version 1

 version 1

naine brune Malgré la récente découverte du boson de Higgs et l’avance spectaculaire en physique des particules, la matière demeure partiellement une énigme pour la communauté scientifique. Considérant les théories gravitationnelles, il s’avère un déficit de masse de l’univers, ce qui a déclenché depuis plus d’un demi-siècle des recherches vers une matière invisible, dite « matière noire », se traduisant par une quête exaltée d’objets sombres de l’espace, d’étoiles qu’on nomme des « naines brunes ».

Une matière invisible dans l’espace

Le magnifique tableau que nous offrent ces étoiles sur fond d’azur est loin d’être inerte. Les étoiles se déplacent, c’est le mouvement propre des astres. Edmund Halley (1656-1742) avec beaucoup de rigueur, d’obstination et de patience notait dans ses multiples observations que l’étoile Sirius s’était déplacée d’une distance angulaire de 0,5° soit une largeur de lune. Dans les années 30, un astrophysicien néerlandais Oorst s’intéressa à notre galaxie, la Voie Lactée, dont le soleil se trouve à 28000 années-lumière de son centre. Il fit le constat que des étoiles rebelles s’éloignaient du centre de la galaxie et s’en échappaient à une vitesse excessive, bien au-delà de ce qui leur est nécessaire pour contrer la force gravitationnelle, comme si la masse réelle de la galaxie était plus grande que celle calculée par addition des masses de ses étoiles. Aujourd’hui, on sait aussi que les galaxies sont animées d’un mouvement de rotation. Là encore, leur vitesse est encore trop rapide par rapport à ce qu’elle devrait être selon les lois physiques. Le verdict est clair : il existe une matière invisible, la matière noire, ce qui déclencha de la part de la communauté scientifique différentes hypothèses qui éclairciraient cette énigme. Johan Cohen-Tanugi du laboratoire Univers et Particules de Montpellier affirme le rôle primordial de la matière noire : « La matière noire compte pour 80% du total de la matière de l’univers. C’est grâce à son abondance et à sa force d’attraction que la matière ordinaire a pu rassembler et former les galaxies ». Tout en s’interrogeant sur les modèles de physique des particules, dès les années 80, avec l’apparition des nouvelles techniques d’observation, on a tenté d’expliquer ce phénomène en recherchant des objets sombres de l’univers, spéculés avant d’être observés : des étoiles qui ne brillent pas, des « naines brunes ».

Étoiles naines brunes, objets sombres de l’univers à découvrir

Les étoiles, de tailles différentes, sont classées en fonction de leur couleur et de leur luminosité (la magnitude). Les plus grandes atteignent une température de surface de 30 000°C, le soleil fait partie des plus petites avec une température de 5700° C. Cependant entre les plus grosses planètes et les étoiles réside un fossé dans la distribution des masses des objets célestes, ce qui a interpellé un astrophysicien indien Shiv Kumar, lequel postula audacieusement l’existence d’éléments non brillants, des étoiles naines brunes dont la formation aurait été en quelque sorte avortée. Elle ne sauraient cependant être comparées à des planètes. Planètes et étoiles n’ont pas le même processus de formation, les premières se constituent par accrétion des matières résultantes de la formation de leur étoile, les secondes par fragmentation de l’espace interstellaire composé d’hydrogène, d’hélium et d’éléments plus lourds. Sous l’effet de la force gravitationnelle, la matière se contracte et s’effondre sur-elle-même. La température monte et une réaction de fusion thermonucléaire se déclenche au centre, l’étoile brille de toute son énergie et éclaire l’univers. Mais pour briller, l’étoile doit remplir des conditions minimales de température et de pression (8 millions de °C et 1 milliard de pressions atmosphériques). Dans le cas contraire, ces étoiles, ces futures naines brunes, ne réussiront qu’à s’allumer un court instant de quelques millions d’années et comme des étoiles dégénérées se feront oublier dans l’espace obscur.

La quête des naines brunes

Dans les années 80, les astronomes se lancent à la conquête des naines brunes, objectif difficile puisqu’elles sont quasiment invisibles. Ce sera par l’utilisation de méthodes d’observation indirectes dans des amas d’étoiles qu’elle se révèleront. L’une d’elles, pratiquée depuis plusieurs siècles, l’astrométrie, étudie les positions et les mouvement des étoiles. Apparemment figées dans l’azur, elles se déplacent pourtant. Ces méthodes utilisent le principe qu’un corps céleste, même petit comme une planète ou une étoile naine, engendre sur une étoile à leur côté un effet gravitationnel qui va modifier légèrement son mouvement propre. Les positions d’étoiles candidates sont mesurées avec énormément de précision et analysées, souvent par comparaison de clichés. Une légère oscillation trahit la présence d’un compagnon qui peut être une naine brune. Avec les progrès techniques et instrumentaux, principalement avec les détecteurs en infra-rouge, de nouvelles pistes se dévoilèrent. En effet, les naines brunes, classées étoiles et non pas planète, rappelons-le, sont relativement chaudes, jusqu’à 2500°C, et émettent en infra-rouge, s’offrant ainsi aux détecteurs IR. Une troisième méthode, la spectrographie qui connait aujourd’hui son heure de gloire dans la conquête des exoplanètes, analyse les longueurs d’onde émises par la lumière des astres. Un mouvement léger oscillant radial, comme celui d’une toupie, sous l’influence gravitationnelle de leurs compagnes se révèle par un décalage de fréquence des ondes temporaires.

Ainsi en 1986, Harmington découvre des astres de quelques centièmes de masse solaire accompagnant les étoiles VB8 et VB10 situées à 20 années-lumière, visibles en détection infra-rouge. Des confirmations viendront dans les années 90 avec notamment PPI15 Palomar, une naine brune dans l’amas des pléiades détectée par infrarouge et CDD, un procédé consistant à numériser la lumière avec une extrême sensibilité. Ces informations numérisées sont ensuite traitées avec un ordinateur accroissant ainsi considérablement précisions et performances. Les confirmations s’accélérèrent avec la technique de détection du lithium : lors d’une réaction thermonucléaire, cet élément lourd présent dans l’étoile jeune disparaît, aussi le repère t-on dans les naines brunes car celles-ci, ayant échoué à l’allumage, ont gardé leur lithium. Puis, ce fut l’heure de la révélation de Teide 1 d’une taille de 40 à 60 fois Jupiter et Gliese 29b et d’autres…

Aujourd’hui, l’idée que l’existence des naines brunes puisse apporter aux astrophysiciens des éclaircissements au mystère de la matière est abandonnée. Le déficit de masse reste béant malgré ces petites étoiles démasquées. Les recherches se sont alors orientées vers la physique de la matière et sur l’existence hypothétique de particules appelées « wimps » très peu interactives, dont le neutralino serait le plus probable. Les physiciens espèrent vérifier leurs hypothèses en détectant ces particules au HLC, l’accélérateur de particules du CERN situé sur la frontière franco-suisse.

La quête insuffisante de ces naines brunes, qui suscitèrent pendant quelques années l’enthousiasme de la communauté scientifique, jouant un rôle prépondérant dans la recherche de l’origine de la matière, ne peut être considérée comme décevante. Elles ont apporté des éléments nouveaux de connaissance sur la formation des astres et réorienté les recherches sur la matière noire. Désormais, les naines brunes se sont retirées des feux de la rampe et ont rejoint leur monde obscur.

C. Marchis

 

 

Publicités

Laisser un commentaire

Entrez vos coordonnées ci-dessous ou cliquez sur une icône pour vous connecter:

Logo WordPress.com

Vous commentez à l'aide de votre compte WordPress.com. Déconnexion / Changer )

Image Twitter

Vous commentez à l'aide de votre compte Twitter. Déconnexion / Changer )

Photo Facebook

Vous commentez à l'aide de votre compte Facebook. Déconnexion / Changer )

Photo Google+

Vous commentez à l'aide de votre compte Google+. Déconnexion / Changer )

Connexion à %s

Catégories

%d blogueurs aiment cette page :