Une équipe d'astrophysiciens espagnols a observé la présence d'une ceinture de radiations et d'aurores autour de et sur une naine brune grâce à des données interférométriques en ondes radio. Cette ceinture de plasma signe l'existence d'un champ magnétique dipolaire, à l'image de ce qu'on connaît sur Jupiter, et elle pourrait avoir pour origine les rejets de particules ionisées d'une petite planète, à l'instar de Io avec Jupiter. L'étude est parue dans Science.
Le 5 juin 2021, Juan Bautista Climent (Université de Valence en Espagne) et ses collaborateurs ont utilisé le réseau interférométrique à très longue base EVN (European VLBI Network) pour capturer une image très détaillée du voisinage très proche de la naine brune LSR J1835+3259 avec une résolution 50 fois meilleure que celle du télescope spatial Webb... LSR J1835+3259 présente une rotation rapide (une période de rotation de 2,84140 ± 0,00039 heures) et se situe à une distance de seulement 5,69 parsecs (18,5 années-lumière). Des études antérieures avaient déjà montré qu'il y avait une forte émission radio, à la fois dans une composante éruptive et de repos. Les observations de Climent et ses collaborateurs résolvent une morphologie radio complexe pour cette naine brune dont le rayon est égal à 1,07 ± 0,05 rayons de Jupiter. L'émission radio est composée d'une région quiescente et d'une région éruptive et s'étend jusqu'à 3 millisecondes d'arc, ce qui correspond à 0,017 unités astronomiques de la naine brune correspondant à 33 fois son rayon.
Mais le diamètre de la structure magnétique autour de cette naine ultra-froide est dix fois plus grand que celui de Jupiter et des millions de fois plus puissant. En fait, LSR J1835+3259, bien que dimension proche, est 60 fois plus massive que Jupiter et tourne trois fois plus vite sur elle-même; les deux paramètres se combinent pour générer un champ magnétique à sa surface beaucoup plus intense que celui de Jupiter. Avant d'arriver à la conclusion qu'il s'agissait d'une ceinture de rayonnements géante, les chercheurs espagnols ont considéré une autre interprétation possible de la double structure observée : il pouvait s'agir d'une émission bipolaire non thermique (avec un axe magnétique ayant un angle de 90°), similaire à ce qui est parfois observé dans d'autres étoiles de faible masse telles que UV Ceti.
Mais ils démontrent qu'une telle émission bipolaire produirait des polarisations différentes dans chacune des deux composantes (Est et Ouest), car elles proviendraient d'hémisphères magnétiques différents. Or ce n'est pas ce qui est observé. Il n'y a pas de polarisation circulaire détectable dans la structure en double lobe, donc l'hypothèse d'une émission bipolaire non thermique est très improbable. En revanche, les émissions radio non thermiques provenant de structures émettrices dans la magnétosphère d'une naine brune comme LSR J1835+3259 devraient produire une double morphologie si une ceinture de rayonnement est observée lorsque l'équateur magnétique est aligné près de la ligne de visée, comme c'est le cas pour Jupiter. Pour LSR J1835+3259, cela doit se produire lors des phases de rotation, où justement aucune polarisation circulaire nette n'a été observée, ce qui conforte la présence d'une ceinture de radiations.
Climent et al. précisent que dans ce scénario de la ceinture de radiations, on s'attend à ce que le rayonnement synchrotron domine l’émission radio détectée, comme c’est le cas pour Jupiter. Une telle configuration produirait une émission radio à polarisation linéaire, mais malheureusement, les observations de l'EVN n'étaient sensibles qu'à la polarisation circulaire.
Et l'étude des astrophysiciens espagnols révèle que, tout comme sur Terre et Jupiter, la gigantesque ceinture de rayonnement de LSR J1835+3259 contribue à la formation d'aurores près de ses pôles. La courbe de lumière qu'ils obtiennent (le flux d'ondes radio en fonction du temps) contient en effet deux salves d'émission à polarisation circulaire gauche aux phases de rotation ɸ1 = 0,38 ± 0,02 et ɸ2 = 1,33 ± 0,02, avec des densités de flux de 3,7 ± 0,2 millijansky et 1,5 ± 0,2 mJy, respectivement. L'intervalle de temps entre les maxima des salves est de 2,70 ± 0,02 heures, ce qui est proche de la période de rotation (2,84 heures). Les chercheurs estiment que cette émission par sursauts, fortement polarisée, qui est vue au centre des deux lobes, se produit à proximité des pôles de la naine brune, dans les parois d'un cône d'émission orienté presque perpendiculairement aux lignes de champ magnétique. Cela implique que l'axe magnétique de LSR J1835+3259 est presque perpendiculaire à la ligne de visée.
Ces aurores génèrent une telle énergie qu'elles deviennent bien plus qu'une sympathique luminescence super esthétique. Ces aurores-là libèrent une énergie qui produit des pics d'émission radio 10 fois supérieurs à l'émission totale de la naine brune. Pour la première fois, des astrophysiciens ont obtenu une image claire de telles aurores sur une naine brune, qui sont caractérisées par leur lumière polarisée et qui sont associées à une ceinture de radiations.
Source
Preuve d'une ceinture de radiations autour d'une naine brune
Juan Bautista Climent et al.
Science (24 august 2023)
Illustrations
1. Image radio de LSR J1835+3259 signant la présence d'une ceinture de radiations
2. Schéma des processus qui ont lieu autour de la naine brune LSR J1835+3259
3. Juan Bautista Climent
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