Naine brune

[Schuberth]

Bonjour à tous et à toutes,

J'ouvre ce fil car je n'ai pas trouvé un fil traitant véritablement du sujet (naine brune) et il y a assez peu d'infos finalement sur ce type d'étoiles!

- Savez vous comment une naine brune se forme? Pour les 'vrais étoiles (à partir d'une naine rouge), il y a au point de départ un vaste nuage de gaz qui se contracte sur lui-même. Avec le temps, l’essentiel de la matière se concentre au centre du nuage pour donner naissance à une étoile telle que le notre. Peut on appliquer cela aussi aux naines brunes? Dans ce cas alors, le nuage n'est pas aussi abondant que pour les autres étoiles mais il viendrait d'où sinon d'une étoile nécessairement plus massive qu'une naine rouge (car toutes les naines rouges dans l'univers sont au début de leur vie et puis d'ailleurs elle ne sont pas suffisamment massive pour fusionner l'hélium et se dilater..) et qui devrait fournir assez de gaz pour une étoile conventionnel (j'imagines que la nébuleuse de notre étoile finira par former une naine rouge ou une naine orange)...

- Ma deuxième question est, qu'est ce qui s'opère dans le noyau d'une naine brune exactement? La température et la pression ne sont pas suffisant pour fusionner l'hydrogène. Aussi, combien de temps ce type d'objet met t'il à se refroidir complètement pour devenir une espèce de jupiter très massive (certaines de ces naines ont la taille de Jupiter voire moins)?

- Dernière question, dans le cas où il y a des planètes autour (on a déjà découvert de telles systèmes), l'étoile peut elle transmettre suffisamment d'énergie (il me semble qu'elles rayonnent seulement dans l'infrarouge) aux planètes pour que la vie existe? Il me semble que la Nasa ou l'ESA s'intéressent à ces objets aussi pour des planètes habitable..

Cordialement
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[Gilgamesh]

Bonjour à tous et à toutes,

J'ouvre ce fil car je n'ai pas trouvé un fil traitant véritablement du sujet (naine brune) et il y a assez peu d'infos finalement sur ce type d'étoiles!

- Savez vous comment une naine brune se forme? Pour les 'vrais étoiles (à partir d'une naine rouge), il y a au point de départ un vaste nuage de gaz qui se contracte sur lui-même. Avec le temps, l’essentiel de la matière se concentre au centre du nuage pour donner naissance à une étoile telle que le notre. Peut on appliquer cela aussi aux naines brunes? Dans ce cas alors, le nuage n'est pas aussi abondant que pour les autres étoiles mais il viendrait d'où sinon d'une étoile nécessairement plus massive qu'une naine rouge (car toutes les naines rouges dans l'univers sont au début de leur vie et puis d'ailleurs elle ne sont pas suffisamment massive pour fusionner l'hélium et se dilater..) et qui devrait fournir assez de gaz pour une étoile conventionnel (j'imagines que la nébuleuse de notre étoile finira par former une naine rouge ou une naine orange)...

C'est une bonne question, les deux solutions sont envisageables a priori.

La plupart des naines brunes observées (pas beaucoup, environ 1800) ne forment pas un couple avec une étoile, et on en a même trouvé avec un compagnon planétaire. On a trouvé également de jeunes naines brunes en formation avec disque et jet polaire. Cela milite pour un mode de formation stellaire cad via fragmentation d'un nuage moléculaire, et non planétaire, par agglomération de poussières suivie d'un effondrement gazeux au sein d'un disque circumstellaire.

Si c'est bien ce mode de formation, voila comment se raisonne le mode de fragmentation d'un nuage moléculaire. Le processus est piloté par deux paramètres : la densité et la température. Pas la masse. En tout cas, pas en première approximation.

Soit un nuage de gaz interstellaire, supposé homogène et sphérique, de température T, de masse M et de rayon R. On suppose qu'il n'est formé que d'hydrogène pour simplifier. Au sein du nuage, les atomes d'hydrogène, de masse m ont une énergie cinétique du fait de leur agitation thermique. L'énergie cinétique moyenne est :

E_c=1/2 mv² = 3/2 kT

Soit une (moyenne) des vitesse atomiques v :

v² = 3kT/m

Par ailleurs le nuage développe un champs de gravité, et la vitesse de libération du nuage est telle que :

v_L² = 2GM/R

Si v est inférieure à v_L la vitesse thermique est insuffisante pour échapper à la gravité et la particule plonge dans le nuage. Le nuage se contracte (R diminue) ce qui augmente encore la vitesse de libération et le processus une fois enclenché ne peut que s'amplifier, c'est le principe de l'effondrement gravitationnel.

v < v_L implique que 3kT/m < 2 GM/R

En remplaçant M par l'expression de la densité n (en nombre de particules par unité de volume), on aboutit à une masse limite, appelée masse de Jeans M_J qui est la masse maximale d'un nuage de température T et de densité n au delà de laquelle il s'effondre d'un seul tenant.

M_J = 7,75.10²¹ T^3/2n^-1/2 kg

Pour qu'une naine brune se forme, il faut que la masse de Jeans soit petite, ce qui implique un milieu de formation très froid (T petit) et très dense (n grand).

- Ma deuxième question est, qu'est ce qui s'opère dans le noyau d'une naine brune exactement? La température et la pression ne sont pas suffisant pour fusionner l'hydrogène. Aussi, combien de temps ce type d'objet met t'il à se refroidir complètement pour devenir une espèce de jupiter très massive (certaines de ces naines ont la taille de Jupiter voire moins)?

La définition retenue par l'UAI pour faire le départ entre naine brune et planète concerne la capacité à fusionner le deutérium. Cela nécessite une masse qui dépasse les 13 masses joviennes.

La combustion du deutérium va se traduire par un plateau sur la courbe de refroidissement, d'autant plus court que la masse est élevée. Ce sont les bosses visibles sur les courbes de luminosité dans le schémas ci-dessous.

Evolution de la luminosité de naines brunes pour des masses de 0.005, 0.01, et au delà de 0.08M_⊙ par incrément de 0.01, en commençant par le bas. La séquence est basée sur un modèle d’atmosphère stellaire sans nuage (cloudless). Les points noirs montrent le modèle du groupe de Lyon base sur le modèle d’atmosphère COND03 pour la même masse (Baraffe et al. 2003).
source

- Dernière question, dans le cas où il y a des planètes autour (on a déjà découvert de telles systèmes), l'étoile peut elle transmettre suffisamment d'énergie (il me semble qu'elles rayonnent seulement dans l'infrarouge) aux planètes pour que la vie existe? Il me semble que la Nasa ou l'ESA s'intéressent à ces objets aussi pour des planètes habitable..

Oui, le concept de zone habitable fonctionne toujours avec une naine brune.

Un court article (en anglais) là-dessus :
https://astrobites.org/2013/01/17/pe...-brown-dwarfs/

[bintang]

Bonjour,

Quelques diagrammes extraits d'un ancien dossier de 'Pour La Science' : 'Vie et Moeurs des étoiles' hors série de janvier 2001 à une époque où l'on cherchait encore à détecter les naines brunes. Le premier diagramme est l'équivalent de celui présenté par Gilgamesh.

Diagramme luminosité / age de l'objet :

luminosites naines.jpg

Continuum entre planètes et naines :

naines_continuum s.jpg

Diagramme température centrale / age de l'objet et masses critiques de fusion nucléaire :

temperature naines s.jpg

[Gilgamesh]

Ah oui, il était vraiment aux petits oignons ce dossier PLS.

Merci bintang, j'ai cherché précisément ces schémas sans les trouver

[A voir en vidéo sur Futura]