Le télescope spatial James Webb a cartographié la région de formation stellaire IC 348, située à 1000 années-lumière dans la constellation de Persée. Cette observation a permis à des astronomes d’identifier les plus petites naines brunes jamais détectées, avec des masses équivalant à seulement deux fois celle de Jupiter. Ces découvertes affinent notre compréhension de la limite inférieure de la formation stellaire et des objets sub-stellaires.
IC 348 : un berceau stellaire sous la loupe de Webb
La région IC 348 constitue un environnement privilégié pour l’étude de la naissance des étoiles. Dans ces zones, des nuages froids d’hydrogène moléculaire s’effondrent sous leur propre gravité, donnant naissance à de nouvelles étoiles et à d’autres objets célestes. Le processus de formation stellaire engendre une grande variété d’entités, allant des étoiles massives dont la durée de vie se compte en millions d’années avant d’exploser en supernovas, aux étoiles plus petites et plus courantes, à la longévité bien plus grande et produisant de puissantes tempêtes stellaires.
IC 348 est particulièrement intéressante pour son activité intense de formation stellaire, offrant un panorama complexe de structures gazeuses sculptées par l’énergie des jeunes étoiles. C’est dans ce cadre que le télescope Webb a été orienté, pour sonder les confins de la formation d’objets aux masses les plus faibles.
La quête des naines brunes minimales
Les étoiles les moins massives atteignent environ 8% de la masse du Soleil. En deçà de ce seuil se trouve une catégorie d’objets intrigante : les naines brunes. Ces corps se forment de la même manière que les étoiles, par l’effondrement de nuages moléculaires. Cependant, à la différence des étoiles, le cœur des naines brunes n’atteint jamais la température et la pression suffisantes pour initier la fusion de l’hydrogène en hélium, processus qui alimente les étoiles durant la majeure partie de leur existence. Certaines naines brunes peuvent brièvement fusionner le deutérium, ou hydrogène lourd, au début de leur vie.
La question centrale pour les chercheurs demeure la limite de masse inférieure pour les objets produits par ce processus de formation stellaire. Autrement dit, quelle est la masse la plus faible qu’une naine brune peut posséder ? C’est à cette interrogation que les instruments sensibles du télescope Webb ont cherché à répondre en ciblant IC 348.
Webb affine les seuils de masse : des découvertes successives
Les astronomes ont utilisé le télescope Webb pour étudier IC 348 dès 2022. Ces premières observations ont permis la découverte de naines brunes dont les masses descendaient jusqu’à trois à quatre fois la masse de Jupiter. Forts de ces premiers succès, la même équipe de recherche a ensuite utilisé Webb pour approfondir ses investigations dans cette région, avec l’objectif de trouver des naines brunes encore plus petites.
En 2024, l’équipe a déployé l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope Webb pour capturer le rayonnement thermique des jeunes naines brunes et des étoiles nouvellement formées. Sur la base des couleurs et de la luminosité de ces objets, des candidats naines brunes ont été sélectionnés. En 2025, ces candidats ont fait l’objet d’observations spectroscopiques détaillées grâce à l’instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Ces analyses ont permis d’étudier précisément la masse des naines brunes détectées.
Ces efforts ont conduit à la découverte de naines brunes dont la masse n’excède pas deux fois celle de Jupiter. Cette prouesse repousse les frontières de la détection et de la classification des objets sub-stellaires, ouvrant de nouvelles perspectives pour la compréhension de leur formation.
Implications pour la compréhension des objets sub-stellaires
La détection de naines brunes avec des masses aussi faibles que deux fois celle de Jupiter est une avancée significative. Elle comble une partie du fossé de masse qui existe entre les planètes géantes gazeuses et les étoiles les moins massives. Ces découvertes contribuent à une meilleure compréhension de la physique des objets situés à la limite entre les corps planétaires massifs et les étoiles avortées.
Ces données permettront aux modèles théoriques d’affiner leurs prédictions sur les conditions nécessaires à la formation d’objets de très faible masse. L’étude continue d’IC 348 et d’autres régions similaires avec le télescope Webb continuera de fournir des informations cruciales sur la diversité des objets qui peuvent émerger des nuages cosmiques en effondrement, et sur les mécanismes qui régissent leur naissance et leur évolution.