La nébuleuse planétaire NGC 3132 (ou nébuleuse de l'anneau Austral) observé par l'instrument NIRCam à bord du JWST. © Nasa, ESA, CSA, STScI, the Webb ERO Production Team
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James-Webb : les premières images ouvrent une nouvelle ère de l'astronomie

ActualitéClassé sous :Astronomie , James Webb Space Telescope , télescope spatial James Webb

[EN VIDÉO] Comprendre la mission du télescope spatial James Webb en une minute  Le James Webb Space Telescope, nouveau fleuron de l'observation spatiale, sera lancé le 18 décembre depuis Kourou, en Guyane. Après un voyage de 29 jours, il atteindra le point de Lagrange L2, dans la direction opposée au Soleil. Avec son miroir plus large que celui d'Hubble, dont il est considéré comme le successeur, le JWST pourra observer galaxies, planètes, nébuleuses et étoiles pour en apprendre plus sur l'histoire de l'Univers. 

Plus de 20 ans après le feu vert donné à la réalisation du James-Webb, alors appelé Next Generation Space Telescope, les trois agences spatiales partenaires du projet ont rendu publiques les premières images de cet observatoire hors norme. Sans surprise, ces images nous révèlent l'Univers comme on ne l'a jamais vu. Le télescope spatial James-Webb ouvre une nouvelle fenêtre sur l'Univers et une nouvelle ère en astronomie débute.

Deux nébuleuses, un groupement de galaxies, une exoplanète, un amas de galaxies et un champ profond sont donc les premières images et spectres du télescope spatial James-Webb qui ont été présentés et donnent le coup d'envoi des opérations scientifiques. Cette nouvelle ère qui s'ouvre pour l'astronomie a été unanimement saluée par la communauté scientifique qui s'attend à des avancées significatives dans de nombreux domaines.

James-Webb est le fruit d'un partenariat international entre la Nasa, l'ESA et l'Agence spatiale canadienne (ASC). « Ces premières images et spectres de Webb sont une immense célébration de la collaboration internationale qui a rendu cette ambitieuse mission possible, a déclaré Josef Aschbacher, directeur général de l'ESA. Je tiens à remercier toutes les personnes impliquées dans la mise en service de ce magnifique télescope et la publication de ces premières images incroyables de Webb - vous avez fait de cette journée historique une réalité. »  Outre les services de lancement, l'ESA a contribué à deux des quatre instruments scientifiques (l'instrument NIRSpec et l'ensemble optique de l'instrument Miri), et fournit le personnel nécessaire aux opérations de la mission pour un coût total de 700 millions d'euros. En contrepartie de cet investissement, l'Europe a un minimum garanti de 15 % du temps d'observation mais, pour le premier cycle d'observation, en raison de la qualité des demandes d'observation des astronomes européens, la part allouée aux scientifiques européens est d'environ 30 %.

Le champ profond SMACS 0723 jusqu'aux confins de l'univers

La première image à avoir été dévoilée est le champ profond SMACS 0723 dont l'observation attentive raconte une histoire de l'Univers à tous les âges, commençant il y a 13,8 milliards d'années. Ce champ profond utilise la lentille gravitationnelle d'un amas de galaxies pour révéler certaines des galaxies les plus éloignées jamais détectées. Avec un temps de pose de seulement 12,5 heures, cette image ne fait qu'effleurer les capacités de Webb dans l'étude des champs profonds. Certains des objets visibles sur cette image sont vieux de plus de 13 milliards d'années nous a confirmé Pierre Ferruit, le responsable du programme JWST à l'ESA. Ils se sont formés seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. La lecture rapide des données de cette image ne permet pas de dater avec certitude des objets formés il y a seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Une analyse plus poussée de l'image est nécessaire pour avoir une datation précise. D'autres champs profonds, aux temps de pose plus longs, seront réalisés ces prochains mois dont certains identiques à ceux d'Hubble et tout laisse à penser que James-Webb découvrira des galaxies âgées de seulement une centaine de millions d'années.

La toute première image du James-Webb montre un champ profond dont certaines galaxies sont âgées de plus de 13 milliards d'années. © Nasa, ESA, CSA / STScI

Une nébuleuse planétaire dans notre voisinage

De la naissance à la mort d'une nébuleuse planétaire, James-Webb peut explorer les poussières et les gaz des étoiles vieillissantes qui pourraient un jour devenir une nouvelle étoile ou planète. Il est intéressant de rappeler que les instruments NIRCam et Miri se complètent très bien. Le premier fournira des images avec un très bon niveau de détail et un rendu très fin. Il est bien adapté pour observer des objets chauds comme les galaxies. A contrario, il verra moins bien la poussière, plus froide. Quant à Miri, son principal intérêt c'est que les étoiles dans son champ de vision ont tendance à disparaître. Cet instrument est donc très utile pour observer des objets très froids, dont la poussière, et trouver la lumière des galaxies qui sont tellement vieilles qu'elles n'émettent plus dans le visible.

La nébuleuse de l’anneau austral (NGC 3132), observée par deux instruments. À gauche, l'image a été réalisée par NIRCam tandis que celle de droite par Miri. © Nasa, ESA, CSA, STScI, et the Webb ERO Production Team

Un spectre qui fait changer d'époque la spectroscopie planétaire 

James-Webb a détecté des molécules d'eau sur une exoplanète qui ne constituent évidemment pas un indice d'une vie extraterrestre. L'intérêt de ce spectre est de démontrer une grande partie des capacités remarquables de l'instrument NIRISS. Remarquables parce qu'il s'agit du spectre dans l'infrarouge d'une exoplanète le plus détaillé jamais collecté, le premier spectre qui comprend des longueurs d'onde supérieures à 1,6 micron à une résolution et une précision aussi élevées, et le premier à couvrir toute la gamme de longueurs d'onde allant de 0,6 micron (lumière rouge visible) à 2,8 microns (proche infrarouge) en une seule prise de vue. 

James-Webb va maintenant étudier des centaines d'autres systèmes pour comprendre de quoi sont faites les autres atmosphères planétaires. Parmi les campagnes d'observations déjà approuvées, on citera la caractérisation fine de grandes molécules organiques dans la nébuleuse d'Orion, l'atmosphère de naines brunes et l'observation de plusieurs systèmes planétaires dont celui de Trappist-1b. La petite étoile Trappist-1, à 40 années-lumière de nous, a cela de particulier qu'elle possède un système planétaire fascinant : sept planètes de type terrestre dont trois ont des orbites comprises entre celles de Vénus et de Mars.

Spectre de l'exoplanète WASP-96 b. © Nasa, ESA, CSA, STScI, et the Webb ERO Production Team

La formation des étoiles, une thématique forte de James-Webb 

Les étoiles dérivent du gaz et de la poussière et y contribuent en quantités massives, tourbillonnant autour des galaxies. La poussière évolue avec le temps et Webb peut étudier les galaxies proches et en interaction dynamique pour voir la poussière en action. Désormais, les scientifiques peuvent obtenir un rare aperçu, avec des détails sans précédent, de la façon dont les galaxies en interaction déclenchent la formation d'étoiles les unes dans les autres et comment le gaz de ces galaxies est affecté. Pour se faire une idée précise des performances du James-Webb, téléchargez les images depuis le site JWST de l'Agence spatiale européenne en cliquant ici et baladez-vous dans l'image. 

Situé à environ 290 millions d'années-lumière, le Quintette de Stephan est situé dans la constellation de Pégase. Il est remarquable car il est le premier groupe de galaxies compact jamais découvert. Quatre des cinq galaxies du quintette sont enfermées dans une danse cosmique de rencontres rapprochées répétées. © Nasa, ESA, CSA, STScI, et the Webb ERO Production Team

La complémentarité des instruments, un des points forts de James-Webb

En observant cette région de formation stellaire et d'autres comme elle, les scientifiques peuvent, grâce à James-Webb voir des étoiles nouvellement formées et étudier le gaz et la poussière qui les ont fabriquées.

Dans la nébuleuse de la Carène, focus sur NGC 3324, une région riche en formation d'étoiles. © Nasa, ESA, CSA, STScI, and the Webb ERO Production Team

L'image du bas est un composite réalisé à partir d'images acquises par les instruments dans le proche infrarouge (NIRCam) et l'instrument infrarouge moyen (Miri). En fusionnant les données issues des deux instruments, des détails se révèlent.

Comparer les images de James-Webb avec celles d'Hubble n'est pas aussi simple que cela y paraît

La comparaison des images du James-Webb avec celles d'Hubble a tout de même des limites du fait que les deux observatoires spatiaux n'observent pas dans les mêmes longueurs d'onde et n'utilisent pas les mêmes couleurs. Cela explique pourquoi certains objets sont plus présents dans les images de Webb, notamment les galaxies qui émettent dans le rouge, que dans des images d'Hubble.

Il faut aussi savoir que les galaxies les plus lointaines ne sont pas visibles pour Hubble car elles sont soit décalées dans le rouge, soit situées derrière dans les nuages de poussière très denses. À cela s'ajoute que la sensibilité de Webb est telle que sur toutes ses images on va voir des galaxies en arrière-plan ! Il faut donc être très prudent quand on les compare.


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