W1935

Le personnage

Une étoile ratée, à 47 années-lumière

W1935, de son nom complet CWISEP J193518.59−154620.3, est une naine brune : un astre né comme une étoile mais trop léger pour allumer la fusion de l'hydrogène. Depuis sa naissance, elle ne fait que refroidir. Sa surface est aujourd'hui à environ 482 K, soit 200 °C, la température d'un four. C'est l'une des classes d'objets les plus froids que l'on sache observer hors du système solaire, les naines Y.

Elle pèse entre 6 et 35 fois Jupiter pour un rayon à peine plus petit que le sien, et elle flotte seule dans la constellation du Sagittaire, sans étoile autour de laquelle tourner. Sans soleil, donc : rien ne l'éclaire, rien ne la chauffe de l'extérieur. C'est ce détail qui va tout compliquer.

2019

Trouvée par un amateur dans les archives d'un satellite

W1935 n'a pas été découverte par un grand télescope pointé vers elle, mais dans les archives de WISE, un satellite infrarouge de la NASA qui a cartographié tout le ciel à partir de 2010. L'équipe du catalogue CatWISE (Federico Marocco, Davy Kirkpatrick et leurs collègues, à Caltech) cherchait des points qui bougent d'une image à l'autre : le signe qu'un objet est proche.

Le même point a été repéré par Dan Caselden, chercheur en sécurité informatique et volontaire du projet de science participative Backyard Worlds: Planet 9, où des milliers d'amateurs passent les images de WISE au crible. Caselden avait écrit son propre outil, WiseView, pour feuilleter le ciel plus vite. L'article de découverte (Marocco et al. 2019) le compte parmi ses auteurs.

Les premières mesures, avec le télescope Spitzer, la donnaient encore plus froide et plus proche qu'elle n'est, entre 270 et 360 K, à 6 ou 11 parsecs : l'une des naines brunes les plus rouges connues. Webb affinera la fiche : 482 K, 14,4 parsecs, soit 47 années-lumière.

2022

Webb regarde deux jumelles

En 2022, quelques mois après sa mise en service, le télescope spatial James Webb consacre l'un de ses premiers programmes (GO 2124) à douze naines brunes froides. La responsable est Jackie Faherty, astronome au Muséum américain d'histoire naturelle, à New York. Le 17 octobre 2022, le spectrographe NIRSpec décompose la lumière de W1935 entre 2,9 et 5,1 microns.

Dans le même programme figure W2220, une naine brune presque identique : même température, même luminosité, mêmes signatures d'eau, d'ammoniac, de monoxyde et de dioxyde de carbone. Deux jumelles. À une exception près : à 3,326 microns, là où le méthane de W2220 absorbe la lumière, comme il se doit pour un gaz froid, celui de W1935 en émet.

Nous nous attendions à voir du méthane, il y en a partout dans ces naines brunes. Mais au lieu d'absorber la lumière, il faisait l'inverse : le méthane brillait. Ma première pensée a été : mais qu'est-ce que c'est que ça ?

Jackie Faherty, communiqué de la NASA, janvier 2024 (traduit)

2024

Une couche chaude là où il ne devrait pas y en avoir

Un gaz n'émet que s'il est plus chaud que ce qu'il y a en dessous. Pour faire briller le méthane, il faut donc que la température remonte avec l'altitude, une inversion, comme dans la stratosphère de la Terre. Ben Burningham (université du Hertfordshire) reconstruit l'atmosphère de W1935 avec son code Brewster : il faut une couche environ 300 K plus chaude, centrée entre 1 et 10 millibars. C'est exactement le geste que vous ferez dans l'écran Atmosphère.

Le résultat paraît dans Nature le 17 avril 2024. Sur Terre, sur Jupiter et sur Saturne, c'est le Soleil qui chauffe la stratosphère. W1935 n'a pas de soleil. Quelque chose d'autre injecte de l'énergie tout en haut de son atmosphère. L'équipe avance l'explication la plus naturelle : une aurore.

Cette inversion de température est vraiment déroutante. Nous l'avons vue sur les géantes du système solaire, mais la voir sur un objet sans source de chaleur externe évidente, c'est fou.

Ben Burningham, communiqué de la NASA, janvier 2024 (traduit)

Ailleurs

Ce qu'est une aurore, de la Terre à Jupiter

Sur Terre, les aurores naissent du vent solaire : des particules chargées, capturées par le champ magnétique, canalisées vers les pôles, où elles heurtent l'oxygène et l'azote de la haute atmosphère et les font briller en vert et en rouge.

Sur Jupiter, elles sont des centaines de fois plus puissantes, et elles n'ont pas besoin du Soleil : la rotation rapide de la planète et le volcanisme de sa lune Io, qui crache une tonne de matière par seconde dans la magnétosphère, fournissent l'énergie. Saturne a la même chose avec Encelade. Webb les a photographiées à 3,36 microns, dans la lumière de l'ion H₃⁺, la signature classique des aurores des géantes.

Et sur les naines brunes ? Depuis les années 2000, les radiotélescopes captent sur certaines d'entre elles des sursauts périodiques qui ressemblent aux émissions radio des aurores de Jupiter. En 2015, l'équipe de Gregg Hallinan (Caltech), avec le Very Large Array et les télescopes Hale et Keck, montre que LSR J1835+3259, à 18 années-lumière, porte une aurore dix mille fois plus puissante que tout ce qu'on connaissait : la première aurore observée hors du système solaire. Mais cet objet est chaud, plus de 2 000 K. W1935 est la candidate la plus froide jamais trouvée, et la première dont l'aurore se trahirait par le méthane.

Le problème

Pas d'étoile, donc pas de vent

Voilà l'énigme. Une aurore a besoin d'une source de particules. La Terre a le Soleil ; Jupiter a le Soleil et Io. W1935 n'a ni l'un ni l'autre. L'équipe de Faherty a proposé trois pistes : un processus interne encore inconnu, l'interaction avec le plasma interstellaire que l'objet traverse, ou une lune active, une Io de naine brune, dont le volcanisme alimenterait la magnétosphère.

W1935 est bien trop faible pour être suivie depuis le sol. Seul Webb peut y revenir. L'équipe a demandé du temps supplémentaire pour voir si l'émission varie, s'affaiblit, disparaît, ou si une lune se trahit par son attraction.

2025

W1935 était deux

La surprise est venue d'un autre instrument de Webb. En réanalysant les images de la caméra MIRI prises en 2022, Matthew De Furio (université du Texas à Austin) et l'équipe de Faherty ont vu que la source n'était pas tout à fait ronde. Un ajustement fin de la tache de diffraction révèle deux objets, séparés de 172 millisecondes d'arc : 2,5 unités astronomiques, la distance du Soleil à la ceinture d'astéroïdes.

Les deux sont des naines Y, la deuxième paire de ce type connue : entre 12 et 39 masses de Jupiter pour la principale, 7 à 24 pour la compagne, qui bouclent leur orbite en 16 à 28 ans (De Furio et al. 2025). Le spectre de NIRSpec, lui, mélangeait la lumière des deux. On ne sait donc pas laquelle émet le méthane, ni si cette proximité joue un rôle dans l'affaire. Une question de plus.

Ce site

Ce qu'il reste à tester, et ce que vous allez faire

Ce site prend l'hypothèse de l'aurore au sérieux et la pousse jusqu'au bout, avec les outils des astronomes : le code petitRADTRANS et les paramètres publiés de W1935.

Dans l'écran Atmosphère, vous chauffez une couche et vous la placez en altitude : la bande du méthane bascule. Dans l'aurore, les mêmes commandes parlent la langue des électrons. Le calcul dit lesquels il faut : des électrons de 130 à 580 keV, ceux de Jupiter, mais avec un flux environ cent fois plus fort. Dans le jeu, vous retrouvez à la main le spectre de Webb.

Et la preuve classique ? Toutes les aurores connues fabriquent du H₃⁺, l'ion qui brille sur Jupiter. Ici, le calcul dit qu'on ne le verra jamais : le méthane le détruit des milliers de fois plus vite qu'il ne meurt naturellement. Le même gaz produit le signal et dévore la preuve. Il reste un test. Une aurore est une calotte polaire : si l'axe magnétique est incliné, la calotte entre et sort de la vue à chaque rotation, et l'émission du méthane doit respirer à ce rythme. C'est l'écran globe.

Chauffer l'atmosphère