NAINES BRUNES

Qu'est-ce qu'une naine brune ?

Une naine brune est une étoile « ratée » qui ne peut maintenir de façon stable les réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène caractérisant les débuts de l'évolution stellaire. Les étoiles naissent de l'effondrement gravitationnel de nuages de gaz et de poussière interstellaires, essentiellement composés d'hydrogène et d'hélium. Lors de la contraction d'un nuage, la proto-étoile s'échauffe, permettant aux régions centrales d'atteindre éventuellement la température critique de 3 millions de degrés nécessaire à la fusion de l'hydrogène. L'énergie colossale qui est libérée par ces réactions nucléaires permet d'arrêter la contraction gravitationnelle de l'étoile, laquelle atteint alors un régime d'équilibre quasi parfait où l'essentiel de la perte d'énergie due au rayonnement en surface est contrebalancé par la production d'énergie nucléaire en son centre.

Si la masse de la proto-étoile est trop faible, la température critique de fusion de l'hydrogène ne peut être atteinte avant que la matière ne devienne dégénérée, au sens quantique du terme. Lors de la contraction gravitationnelle, la densité augmente, les électrons se rapprochent les uns des autres, et deviennent dégénérés. Une pression dite de dégénérescence s'instaure, qui va s'opposer à la contraction gravitationnelle. Cette pression possède une propriété remarquable : elle ne dépend pas de la température (en mécanique classique, la pression est proportionnelle à la température). La matière dégénérée a alors un comportement paradoxal : lors d'une compression où densité et pression augmentent, la température diminue. Une future naine brune ne peut atteindre, lors de sa contraction gravitationnelle initiale, la température critique qui la ferait basculer dans le monde des étoiles. La masse critique en deçà de laquelle la fusion de l'hydrogène ne peut s'amorcer est déterminée théoriquement : elle est d'environ 0,07 masse solaire, soit 70 masses de Jupiter.

Taille d'une naine brune

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Conception d'artiste montrant les tailles comparées du Soleil, de la naine brune TWA 5B et de la planète Jupiter, de gauche à droite. 

Crédits : NASA/ CXC/ SAO

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Taille d'une naine brune
Crédits : NASA/ CXC/ SAO

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Évolution de la luminosité de différentes étoiles et d'une naine brune
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Relation masse-rayon des étoiles et des naines brunes
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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