À environ 1 350 années-lumière de la Terre se trouve une étoile appelée TOI‑2155. L’étoile est légèrement plus grande, plus lourde et plus chaude que le soleil, ce n’est donc pas particulièrement inhabituel en soi. Ce qui ressort vraiment, c'est un objet plus petit en orbite autour de lui, TOI‑2155b. Son existence ne peut être déduite qu'en observant de subtils changements dans la lumière de l'étoile lorsqu'elle passe devant son étoile mère.

Qu’est-ce que le TOI‑2155b exactement ? Est-ce une « mini-étoile », une planète géante ou quelque chose de spécial entre les deux ? Comme décrit dans un article récent publié dans The Astronomical Journal, les chercheurs ne savent pas encore si TOI-2155b est suffisamment bon pour être appelé une étoile, mais ce qui est clair, c'est qu'il semble se situer à une frontière très fascinante : entre les « vraies étoiles » qui peuvent enflammer et maintenir la fusion de l'hydrogène et briller dans l'univers, et ces naines brunes qui ne parviennent pas à déclencher une fusion soutenue de l'hydrogène et sont appelées « étoiles ratées ».

Comment les étoiles « échouent »

Les étoiles proviennent d’énormes nuages ​​de gaz dans l’espace. Alors, quelle doit être la taille et le poids d’un nuage de gaz pour finalement devenir une étoile ? Cela semble être une question simple, mais elle suscite un débat au sein de la communauté astronomique depuis des décennies.

En effet, à l’intérieur d’une étoile, ce n’est que lorsque la pression provoquée par la gravité est suffisamment élevée pour permettre aux atomes d’hydrogène de fusionner continuellement en atomes d’hélium que l’étoile peut produire en permanence une chaleur et une lumière intenses, ce qui est également la caractéristique la plus importante des étoiles. Si la masse d'un corps céleste n'est pas assez grande, si la pression interne n'est pas suffisante pour maintenir ce type de fusion pendant une longue période, ou si la fusion de l'hydrogène ne peut pas vraiment « démarrer » pour d'autres raisons, alors cette masse de gaz deviendra une « étoile ratée », c'est-à-dire une naine brune. De tels objets seront relativement chauds au début de leur vie, mais en raison du manque de fusion soutenue de l’hydrogène, le rayonnement s’affaiblira progressivement et la température de surface diminuera lentement, ne laissant qu’un faible rayonnement infrarouge.

Pour déterminer quels nuages ​​de gaz deviendront de véritables étoiles et lesquels resteront au stade de naine brune, les astrophysiciens doivent rechercher des échantillons de la « zone de transition » – les naines brunes les plus lourdes et les étoiles les plus légères. TOI‑2155b en est un exemple clé, avec une masse d'environ 80,6 fois celle de Jupiter, presque à la limite théorique critique.

Les limites de qualité ne sont pas « parfaitement claires »

L'équipe de recherche scientifique a combiné les données d'observation du TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA et les observations de plusieurs télescopes au sol à travers le monde pour mesurer avec précision le volume et la masse du TOI-2155b. Les résultats ont montré que l’objet avait presque la même taille que Jupiter mais environ 80 fois plus massif.

Intuitivement, on pourrait espérer qu’il existe un « seuil de masse » très clair. Une fois cette valeur dépassée, un corps céleste se « transformera » de planète ou de naine brune en étoile. Cependant, comme de nombreuses frontières dans la nature, la réalité n’a pas de ligne de démarcation nette. La théorie traditionnelle plaçait la limite de masse entre les planètes, les naines brunes et les étoiles à environ 75 à 80 fois la masse de Jupiter. Cependant, les derniers modèles théoriques montrent que cette transformation n’est pas seulement déterminée par la qualité en tant que facteur unique, mais également affectée par de nombreux autres paramètres.

La recherche montre que l'âge d'un corps céleste, sa composition chimique et même les propriétés de son atmosphère affectent sa capacité à initier et à maintenir la fusion de l'hydrogène. C’est pourquoi les astronomes ne sont toujours pas d’accord sur l’endroit exact où doit être tracée la limite de masse entre les naines brunes et les étoiles. Dans ce contexte, TOI-2155b, qui se situe dans la région critique, est particulièrement important, offrant une opportunité précieuse de tester les « différences nuancées » entre théorie et observation.

"Objet transitionnel" extrêmement rare

D'après les observations actuelles, TOI‑2155b pourrait être l'une des naines brunes les plus massives jamais découvertes, ou l'une des moins massives. Le nombre d'objets connus dans cette étroite région de transition de masse est très limité, ce qui fait de TOI-2155b un objet extrêmement précieux pour étudier la frontière entre les naines brunes et les étoiles. Dans le développement de l'astronomie, de nombreuses avancées clés sont le fruit de recherches approfondies sur les objets célestes les plus rares et les plus spéciaux, et TOI-2155b devrait devenir l'un de ces « échantillons ».

Bien entendu, aucun objet ne peut à lui seul donner la réponse définitive à la frontière entre les naines brunes et les étoiles. Ce n'est qu'après la découverte future d'autres corps célestes de masses similaires situés dans la zone de transition et après que des mesures de haute précision et des observations de suivi à long terme auront été effectuées sur eux que les scientifiques pourront optimiser davantage les modèles théoriques existants. D’ici là, nous pourrons peut-être définir plus clairement les conditions dans lesquelles les étoiles s’enflamment et continuent de brûler pendant des milliards d’années, et nous pourrons peut-être mieux comprendre comment ces « moteurs stellaires » ont façonné l’univers tel qu’il est aujourd’hui.