L’observatoire Vera C. Rubin captera la faible lumière des naines brunes lointaines pour aider les scientifiques à comprendre la formation et l’évolution de la Voie lactée. Trop grandes pour être des planètes mais trop petites pour être des étoiles, les naines brunes lointaines sont un ingrédient-clé pour comprendre l’histoire de la Voie lactée. Le relevé LSST (Legacy Survey of Space and Time) de l’observatoire Vera C. Rubin détectera une population d’anciennes naines brunes environ 20 fois plus grandes que celles observées jusqu’à présent, révélant les processus qui ont façonné notre galaxie.
On pourrait dire que les naines brunes ne sont pas estimées à leur juste valeur. Parfois appelées « étoiles ratées », elles n’ont pas une masse suffisante pour entretenir la fusion nucléaire qui alimente toutes les étoiles, y compris notre soleil. Mais elles sont également trop grosses pour être considérées comme des planètes, certaines ayant une masse 75 fois supérieure à celle de Jupiter. Bien qu’elles n’entrent dans aucune de ces deux catégories, les naines brunes donnent d’importants indices sur les processus de formation de la Voie lactée. L’observatoire Vera C. Rubin, financé conjointement par la National Science Foundation (NSF) et l’Office of Science du Département américain de l’énergie (DOE/SC), révèlera bientôt une population inédite de naines brunes au-delà du Soleil, donnant aux scientifiques davantage d’outils pour cartographier l’histoire et l’évolution de notre galaxie.
« Les naines brunes sont des objets étranges qui défient toute classification« , explique Aaron Meisner, astronome associé au NSF NOIRLab et membre de l’équipe Community Science de Rubin. En plus d’être plus petites que les étoiles, les naines brunes sont beaucoup plus froides, avec des températures de surface allant de 0 à 2000 degrés Celsius. Cela signifie qu’elles ne produisent pas beaucoup de lumière dans le spectre visible, ce qui les rend difficiles à détecter avec des télescopes optiques. « Il est possible que nous nagions dans un océan d’objets très peu lumineux et difficiles à voir« , a déclaré Aaron Meisner.
Les mêmes caractéristiques qui rendent les naines brunes inhabituelles et insaisissables en font également d’excellentes candidates pour aider les scientifiques à comprendre la formation et l’évolution de la Voie lactée, fortement influencée par des fusions avec des galaxies plus petites et proches. En effet, les naines brunes ont une durée de vie plus longue que les étoiles plus grandes et plus chaudes au point que les plus lointaines d’entre elles (c’est-à-dire celles qui se sont formées au début de l’Univers) existent toujours, sont en grande partie inchangées et contiennent des informations précieuses sur l’origine de la Voie lactée. En étudiant les propriétés de ces anciennes naines brunes, les scientifiques pourront ainsi remonter jusqu’à leur galaxie d’origine et révéler tout changement dans la formation des étoiles de la Voie lactée au cours du temps cosmique.
Pendant dix ans, à partir de la fin de 2025, le télescope Simonyi Survey de Rubin scrutera le ciel depuis le Cerro Pachón au Chili. Rubin capturera des images larges et détaillées à l’aide de la caméra LSST, la plus grande caméra numérique du monde, et couvrira l’ensemble du ciel visible toutes les 3-4 nuits. Les six filtres de la caméra de Rubin diffuseront la lumière à partir d’une large gamme de longueurs d’onde optiques, jusqu’à l’infrarouge proche. Sa capacité à observer dans le proche infrarouge, combinée à son large champ de vision et à sa capacité à voir loin dans l’espace, fera de Rubin un puissant détecteur d’objets peu lumineux qui émettent principalement de la lumière infrarouge, comme les naines brunes. Christian Aganze, chercheur postdoctoral à l’Université de Stanford, a récemment réalisé des prédictions détaillées sur les naines brunes lointaines que Rubin pourra observer.
Rubin capturera la lumière de naines brunes situées à des distances bien plus grandes que les précédents relevés en lumière visible. Les relevés optiques existants, tels que Pan-STARRS et Sloan Digital Sky Survey nous ont surtout permis de découvrir des naines brunes relativement proches. « Les relevés actuels vont jusqu’à une distance d’environ 150 années-lumière du Soleil pour les naines brunes anciennes dans le halo de la Voie lactée« , a déclaré Aaron Meisner. « Mais Rubin sera capable de voir plus de trois fois plus loin que cela. » Cette augmentation de la distance signifie une augmentation encore plus importante du volume total d’espace observable afin de trouver et d’étudier ces naines brunes, offrant ainsi aux scientifiques le plus grand échantillon de ces objets peu lumineux qu’ils n’aient jamais eu.
Les chercheurs comme Aaron Meisner espèrent trouver suffisamment de naines brunes lointaines pour les étudier à l’échelle d’une population plutôt qu’individuellement afin de pouvoir comparer les propriétés de différents sous-groupes et de rechercher des modèles dans la façon dont elles sont distribuées.
« Rubin révèlera une population d’anciennes naines brunes environ vingt fois plus importante que ce que nous avons vu jusqu’à présent », explique Aaron Meisner. « Cela nous permettra de déchiffrer de quels morceaux de sous-structure galactique proviennent les différentes naines brunes et de faire des progrès majeurs dans notre compréhension de la façon dont les populations de la Voie lactée se sont formées.«