Backyard Worlds: Cool Neighbors

Notre Mission

Grâce à ce projet, nous espérons identifier des naines brunes dans le voisinage cosmique local du Soleil. En étudiant ces objets, nous en apprendrons davantage sur les atmosphères des exoplanètes géantes, le processus de formation des étoiles, les composés prévalents dans toute la galaxie et comment la composition du matériau proto-stellaire façonne le développement des étoiles dans notre galaxie.

Ensemble, nous pouvons découvrir de nouveaux voisins frais et proches du Soleil, connus sous le nom de naines brunes. Grâce à l'utilisation de données produites par les télescopes et à la capacité du cerveau humain à distinguer des motifs avec une relative facilité, nous pouvons identifier de véritables naines brunes cachées parmi d'autres étoiles, galaxies et bruits de mesure.

Les naines brunes sont des objets célestes dont les masses se situent entre celles des étoiles et celles des géantes gazeuses comme Jupiter. Ci-dessous, vous trouverez une vue d'artiste d'une naine brune. On peut les considérer comme des versions surdimensionnées de Jupiter, flottant seules dans l'espace interstellaire plutôt que d'orbiter autour d'une étoile.

(Crédit: NASA/JPL-Caltech)

Malheureusement, trouver des exemples de naines brunes de classe Y - la classe la plus froide connue de naines brunes - représente un défi de taille dans ce domaine de recherche. Ces objets émettent incroyablement peu de lumière, et par conséquent, nous devons rechercher celles qui sont proches de notre système solaire, où elles apparaîtront plus brillantes.

En utilisant des algorithmes d'apprentissage automatique, nous avons identifié un certain nombre d'emplacements dans la base de données WISE qui semblent présenter un certain degré de mouvement. Cependant, ces algorithmes peuvent être trompés par des artefacts tels que le bruit du détecteur et les éclairs de diffraction. La manière la plus efficace de valider ces candidats potentiels de naines brunes est d'utiliser le pouvoir de la science participative pour analyser d'énormes quantités de données en peu de temps.

Pourquoi devrions-nous nous soucier des naines brunes?

Les naines brunes sont des objets célestes à la taille intermédiaire entre les planètes et les étoiles, souvent qualifiés d' "étoiles ratées". Ces objets ont une masse comprise entre celle de Jupiter et des étoiles à fusion d'hydrogène de masse la plus faible, ce qui leur confère des propriétés communes aux étoiles et aux exoplanètes !

Les étoiles sont des corps célestes ayant une masse suffisante pour que la pression gravitationnelle soit assez forte pour soutenir la fusion de l'hydrogène - la réaction qui fait briller des étoiles comme notre Soleil ou, en termes techniques, émettre de la lumière visible. Leur lumière rend les étoiles relativement faciles à repérer dans l'espace. Les planètes, en revanche, n'ont pas suffisamment de masse pour maintenir une fusion quelconque et n'émettent pas leur propre lumière visible, ce qui les rend très difficiles à détecter. Les naines brunes se trouvent à la frontière entre les planètes et les étoiles, ayant une masse insuffisante pour soutenir la fusion de l'hydrogène, mais suffisamment de masse pour briller faiblement depuis leur formation (ce qui les rend invisibles à l'œil humain). Elles émettent cependant de la lumière dans l'infrarouge, que nous pouvons détecter à l'aide de télescopes spécialisés !

Les atmosphères des naines brunes sont très similaires à celles des exoplanètes géantes, mais peuvent être observées en détail sans l'éblouissement d'une étoile hôte beaucoup plus brillante. Ces atmosphères de naines brunes présentent des signatures fortes d'eau et de méthane, qui sont des molécules importantes pour le développement des composés organiques que nous voyons sur Terre. Certaines naines brunes pourraient même être des planètes errantes éjectées de leur système stellaire d'origine! L'étude de ces objets peut fournir des informations précieuses sur la formation d'autres systèmes stellaires et l'abondance de divers composés dans l'univers.

En raison de leur faible luminosité, il est possible qu'il y ait une naine brune jusqu'ici négligée plus proche de nous que Proxima du Centaure! (Proxima du Centaure est l'étoile connue la plus proche de notre Soleil). Ce serait une découverte historique, et vous pourriez être le premier à l'observer!

Dans le cadre du projet Backyard Worlds: Cool Neighbors, nous recherchons des naines brunes dans les images infrarouges prises par le télescope Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA. Le satellite et télescope WISE a été lancé en 2009 et continue de nous aider à en apprendre davantage sur l'origine des exoplanètes, des étoiles et des galaxies dans tout notre univers.

(Credit: NASA/JPL-Caltech)

Regardez ici le lancement du télescope WISE!

Découvrir de nouveaux voisins du Soleil

Les naines brunes sont rares!

En comparaison aux étoiles normales (appartenant à la séquence principale), aux galaxies, et même aux artefacts d'image, les naines brunes sont très rares. Par exemple, le satellite WISE a détecté des milliards de galaxies et d'étoiles normales, mais probablement seulement quelques milliers de naines brunes. Pour découvrir une nouvelle naine brune, il vous faudra probablement parcourir environ 100 à 500 flipbooks. Environ 10 % de nos flipbooks contiennent des objets en mouvement déjà découverts, ce qui vous aidera à vous familiariser avec l'apparence d'un véritable objet en mouvement et permettra à notre équipe de recherche d'évaluer l'exactitude des classifications que nous recevons.

Le mouvement propre des corps célestes

Les naines brunes sont froides et peu lumineuses, ce qui signifie qu'elles ne peuvent être détectées que lorsqu'elles sont proches de nous. Tous les corps de la Voie Lactée se déplacent par rapport au Soleil. Cependant, nous percevons les objets proches de nous comme se déplaçant beaucoup plus rapidement que ceux qui sont plus éloignés. Pour un exemple de cet effet, vous pouvez essayer dès maintenant : prenez votre doigt et placez-le à environ 20 centimètres de vos yeux. Fermez un œil et déplacez votre doigt d'environ 10 centimètres de gauche à droite. Maintenant, étendez votre doigt aussi loin que possible de votre œil. Déplacez-le à nouveau de 10 centimètres de gauche à droite.

Vous devriez remarquer que votre doigt semble se déplacer sur une plus grande distance angulaire lorsqu'il est proche de vous que lorsqu'il est plus éloigné. Essentiellement, la même chose se produit avec les naines brunes, mais à l'échelle des années-lumière plutôt que des centimètres!

L'étoile de Barnard est une étoile de type naine rouge relativement proche de la Terre, à une distance d'environ 6 années-lumière. En raison de cette proximité, elle présente un mouvement apparent assez élevé. Voici à quoi ressemble l'étoile de Barnard dans les données astronomiques :

Notez que l'animation ci-dessus est en boucle ; l'étoile de Barnard ne "saute pas en arrière" à aucun moment, elle continue simplement de se déplacer selon une trajectoire rectiligne.

Pour une étoile se déplaçant à une vitesse v perpendiculaire à notre ligne de vue et à une distance d de la Terre, la vitesse angulaire est proportionnelle à

Ici, v serait exprimé en unités de distance par unité de temps (comme m/s ou km/s), d représente la distance entre nous et l'étoile (en unités comme les années-lumière) et μ est le taux de mouvement apparent à travers le ciel, que les astronomes appellent mouvement propre. Le mouvement propre a des unités de déplacement angulaire par unité de temps. Il se trouve que l'unité pratique de mouvement propre pour les étoiles proches est la seconde d'arc par an, où une seconde d'arc équivaut à 1/3600e de degré. L'étoile de Barnard possède le mouvement propre le plus élevé de toutes les étoiles et naines brunes actuellement connues, soit environ 10,4 seconde d'arc par an. Il est possible qu'à travers des recherches comme Backyard Worlds: Cool Neighbors, nous puissions découvrir une naine brune rapide qui batte ce record de mouvement propre !

La température et la couleur

Si vous avez déjà observé le ciel nocturne, vous avez probablement remarqué que les étoiles ont différentes couleurs. La couleur d'une étoile indique sa température. Une étoile de couleur bleue/blanche est relativement chaude, tandis qu'une étoile plus froide (comme une naine rouge comme l'étoile de Barnard) paraîtra plus rouge/orange en couleur. La lumière émise par un objet en raison de sa température est connue sous le nom de rayonnement du corps noir.
Ce phénomène ne se limite pas uniquement aux étoiles. Votre ampoule incandescente fonctionne de la même manière : l'électricité fait chauffer le filament à l'intérieur de l'ampoule à environ 2300 degrés Kelvin et il émet un rayonnement du corps noir dans le spectre visible (pour référence, la surface du Soleil a une température d'environ 5800 degrés Kelvin). Les objets n'ont pas besoin d'être à des milliers de degrés pour émettre de la lumière, le corps humain est suffisamment chaud pour émettre de la lumière aussi! Cependant, la lumière que vous (et d'autres objets plus froids comme les naines brunes) émettez est dans le domaine des ondes infrarouges et se situe en dehors du spectre visible par l’œil humain.

Heureusement, les relevés modernes de grande envergure comme WISE (et son extension, NEOWISE) sont suffisamment sensibles pour détecter les naines brunes dans la plage de longueurs d'onde d'environ 3 à 5 microns, où elles émettent de la lumière le plus intensément. Ainsi, les données que vous allez analyser dans Cool Neighbors ne sont pas des images en lumière visible comme celles que vous pourriez prendre avec un appareil photo ordinaire ; elles capturent en réalité de la lumière invisible aux observateurs humains. Les données sont ensuite transformées en lumière visible en traitant les données, ce qui nous permet de les analyser plus facilement.

Informations complémentaires

Pour plus d'informations sur la science des naines brunes et sur la manière dont nous les détectons, assurez-vous de consulter la FAQ section.

Nous espérons que vous ferez une grande découverte!

Remerciements

Nous tenons à remercier la NASA, qui a financé ce travail grâce au programme Citizen Science Seed Funding Program, subvention n° 80NSSC21K1485.

Le travail du personnel de Cool Neighbors a été soutenu par le NOIRLab, qui est géré par l'Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) dans le cadre d'un accord de coopération avec la National Science Foundation.

Backyard Worlds: Cool Neighbors utilise l'outil de traitement d'image WiseView.