L’équipe hispano-mexicaine a découvert que la frontière entre les objets qui détruisent le lithium et ceux qui le préservent se situe à 51,5 fois la masse de Jupiter. La naine brune Reid 1B est un gisement majeur de lithium qui ne sera jamais détruit. Des planètes comme Jupiter et la Terre sont encore moins massives et ne détruisent pas leur lithium. Le Soleil a détruit tout le lithium qui se trouvait dans son noyau et en conserve un peu dans ses couches supérieures, qui se mélangent lentement avec son intérieur. Crédit : Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC)
Une équipe de chercheurs de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) et de l’Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), au Mexique, a découvert du lithium dans la naine brune la plus ancienne et la plus froide où la présence de cet élément précieux a été confirmée jusque là. Cet objet substellaire, appelé Reid 1B, conserve intact le plus ancien gisement de lithium connu dans notre voisinage cosmique, remontant à une époque antérieure à la formation du système binaire auquel il appartient. La découverte a été faite à l’aide du spectrographe OSIRIS sur le Gran Telescopio Canarias (GTC), à l’observatoire Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma), aux îles Canaries. L’étude vient d’être publiée dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Les naines brunes, également appelées « naines couleur café » ou « étoiles ratées », sont le lien naturel entre les étoiles et les planètes. Ils sont plus massifs que Jupiter mais maintenant suffisamment pour brûler de l’hydrogène, qui est le carburant que les étoiles utilisent pour briller. Pour cette raison, ces objets substellaires n’ont pas été observés jusqu’à ce que les observateurs les détectent au milieu des années 1990. Ils sont particulièrement intéressants car il a été prédit que certains d’entre eux pourraient conserver intacte leur teneur en lithium, parfois appelé « pétrole blanc » en raison de sa rareté et de sa pertinence.
Au cours des vingt dernières années, les astronomes ont détecté et suivi les mouvements orbitaux des binaires formés par les naines brunes dans le voisinage solaire. Ils ont déterminé leurs masses dynamiquement en utilisant les lois de Kepler, les formules mathématiques produites au XVIIe siècle par Johannes Kepler pour décrire les mouvements des corps astronomiques se déplaçant sous les effets de leur gravitation mutuelle, comme le système formé par la Terre et le Soleil. Dans certains de ces systèmes, le composant primaire a une masse suffisante pour brûler du lithium tandis que le secondaire peut ne pas avoir cette masse. Cependant, jusqu’à présent, les modèles théoriques n’avaient pas été mis à l’épreuve.
À l’aide du spectrographe OSIRIS sur le Gran Telescopio Canarias (GTC, ou Grantecan) actuellement le plus grand télescope optique et infrarouge au monde, à l’Observatoire Roque de los Muchachos (ORM), une équipe de chercheurs de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC ) et l’Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) ont effectué des observations spectroscopiques à haute sensibilité, entre février et août de cette année, de deux binaires dont les composants sont des naines brunes.
Ils n’ont pas détecté de lithium dans trois d’entre eux, mais ils l’ont trouvé dans Reid 1B, le plus faible et le plus froid des quatre. Ce faisant, ils firent une découverte remarquable, un gisement de lithium cosmique qui n’est pas détruit, dont l’origine remonte à avant la formation du système auquel appartient Reid 1B. Il s’agit en fait de l’objet extrasolaire le plus froid et le plus faible où du lithium ait été trouvé, en quantité 13 000 fois supérieure à celle qu’il y a sur Terre. Cet objet, qui a un âge de 1.100 millions d’années et une masse dynamique 41 fois plus grande que celle de Jupiter (la plus grande planète du système solaire), est à 16,9 années-lumière de nous.
Un coffre au trésor caché
Les observations du lithium chez les naines brunes permettent d’estimer leurs masses avec un degré de précision, basé sur des réactions nucléaires. Les masses thermonucléaires trouvées de cette manière doivent être cohérentes avec les masses dynamiques trouvées, avec moins d’incertitude, à partir de l’analyse orbitale. Cependant, les chercheurs ont constaté que le lithium est conservé jusqu’à une masse dynamique inférieure de 10 % à celle prédite par les modèles théoriques les plus récents. Cet écart semble être significatif et suggère qu’il y a quelque chose dans le comportement des naines brunes que nous ne comprenons toujours pas.
“Nous suivons la piste du lithium chez les naines brunes depuis trois décennies”, explique Eduardo Lorenzo Martín Guerrero de Escalante, professeur-chercheur au Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) de l’IAC qui est le premier auteur de l’article, ” et enfin nous avons pu déterminer avec précision la limite en masse entre sa conservation et sa destruction, et la comparer avec les prédictions théoriques. Le chercheur ajoute qu’« il y a des milliers de millions de naines brunes dans le voie Lactée. Le lithium contenu dans les naines brunes est le plus grand gisement connu de cet élément précieux dans notre voisinage cosmique.
Carlos del Burgo Díaz, co-auteur de l’article, chercheur à l’INAOE, centre de recherche public du CONACYT mexicain, explique que « bien que le lithium primordial ait été créé il y a 13,800 millions d’années, avec l’hydrogène et l’hélium, à la suite de la réactions nucléaires dans la boule de feu primordiale du Big Bang, il y a maintenant jusqu’à quatre fois plus de lithium dans l’Univers. Selon ce chercheur, « bien que cet élément puisse être détruit, il est également créé lors d’événements explosifs tels que les novae et les supernovae, de sorte que des naines brunes telles que Reid 1B peuvent l’envelopper et le protéger comme s’il s’agissait d’un coffre au trésor caché. “
Référence : « Nouvelles contraintes sur la masse minimale pour la combustion du lithium thermonucléaire dans les naines brunes » par EL Martín, N Lodieu et C del Burgo, 23 octobre 2021, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stab2969
Cette recherche a été financée par un financement du ministère espagnol des Affaires économiques et de la transformation numérique (MINECO) et par le Fonds européen pour le développement régional (FEDER) via le projet PID2019-109522GB-C53.
Le Gran Telescopio Canarias et les observatoires de l’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) font partie du réseau des infrastructures scientifiques et techniques singulières (ICTS) d’Espagne.
