NASA : le télescope spatial James Webb a atteint sa destination, à 1,5 million de kilomètres de la Terre

Depuis son lancement le jour de Noël, les astronomes ont suivi avec impatience le déploiement et le déploiement complexes du télescope spatial James Webb de la NASA, le plus grand à avoir jamais pris son envol.

Juste au moment où cet article est publié, on s’attend à ce que Webb ait atteint un endroit appelé le « deuxième point de Lagrange » Terre-Soleil, ou « L2 ». Il s’agit d’un point dans l’espace à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre (dans la direction opposée au Soleil) où la gravité du Soleil et de la Terre aide à maintenir un satellite en orbite en équilibre en mouvement.

Maintenant, la communauté astronomique – y compris mon équipe d’astronomes de l’Université de Swinburne – se prépare pour une nouvelle époque de découvertes majeures.

Il s’agit d’une approximation du chemin que Webb prendra au point L2, alors qu’il orbite autour du Soleil et de la Terre.

30 ans et 10 milliards de dollars

En 2012, j’ai écrit un article pour The Conversation dans l’attente du lancement de Webb et me remémorant les débuts étonnants de son prédécesseur, le télescope spatial Hubble.

À l’époque, la date de lancement prévue de Webb était en 2018. Et lorsque le projet a été initialement conçu dans les années 1990, l’objectif était de lancer avant 2010. Pourquoi cela a-t-il pris près de 30 ans et plus de 10 milliards de dollars américains (environ 14 milliards de dollars australiens) , pour faire décoller Webb ?

Premièrement, c’est le plus grand télescope jamais mis dans l’espace, avec un miroir plaqué or de 6,5 m de diamètre (contre 2,4 m pour le miroir de Hubble). Avec la taille vient la complexité, car toute la structure devait être pliée pour s’adapter à l’intérieur du cône de nez d’une fusée Ariane.

Deuxièmement, il y avait deux grandes merveilles d’ingénierie à accomplir avec Webb. Pour qu’un grand télescope produise les images les plus nettes possibles, la surface du miroir doit être alignée le long d’une courbe avec une extrême précision. Pour Webb, cela signifie déplier et positionner les 18 segments hexagonaux du miroir primaire, plus un miroir secondaire, avec une précision de 25 milliardièmes de mètre.

De plus, Webb observera la lumière infrarouge, elle doit donc être maintenue incroyablement froide (environ -233 ℃) pour maximiser sa sensibilité. Cela signifie qu’il doit être éloigné de la Terre, qui est une source de chaleur et de lumière. Il doit également être complètement protégé du soleil – réalisé par un pare-soleil réfléchissant multicouche de 20 m.

Tous les principaux déploiements d’engins spatiaux de Webb, y compris le déploiement du miroir principal et du pare-soleil, ont été achevés le 8 janvier. L’ensemble du processus impliquait plus de 300 points de défaillance uniques (mécanismes qui n’avaient qu’une seule chance de fonctionner). Les petits mouvements restants auront lieu au cours des prochains mois.

La mission principale

La mission principale de Webb sera d’assister à la naissance des premières étoiles et galaxies de l’Univers primitif. Alors que la lumière de ces galaxies très faibles voyage à travers le vaste golfe de l’espace, et 13,8 milliards d’années de temps, elle est étirée par l’expansion globale de l’Univers dans un processus que nous appelons « redshift cosmologique ».

Cet étirement signifie que ce qui a commencé comme un rayonnement ultraviolet extrêmement énergétique provenant d’étoiles jeunes, chaudes et massives sera reçu par Webb sous forme de lumière infrarouge. C’est pourquoi ses miroirs sont recouverts d’or : par rapport à l’argent ou à l’aluminium, l’or est un meilleur réflecteur de la lumière infrarouge et de la lumière rouge.

Webb verra beaucoup plus loin dans l’infrarouge que Hubble. Il est également jusqu’à un million de fois plus sensible que les télescopes au sol, où la lumière des galaxies lointaines est noyée par l’émission infrarouge de la propre atmosphère chaude de la Terre.

En raison de ces limitations technologiques antérieures, le premier milliard d’années de l’histoire cosmique a à peine été exploré. Nous ne savons pas quand ni comment les premières étoiles se sont formées. C’est une question complexe car les étoiles produisent des éléments lourds lorsqu’elles meurent. Ces éléments polluent le gaz interstellaire des galaxies et modifient la façon dont ce gaz se comporte et s’effondre pour former les générations futures d’étoiles.

Toutes les formations stellaires actuelles que nous pouvons observer, comme dans la Voie lactée, proviennent de gaz interstellaire enrichi. Nous n’avons pas encore vu comment les étoiles se forment dans le gaz vierge, qui est dépourvu d’éléments lourds – un tel état n’existant pas depuis plus de 13 milliards d’années.

Mais nous pensons que la formation à partir de gaz vierge a probablement eu un effet important sur les propriétés des premières populations stellaires.

Un observatoire de l’espace lointain

En plus d’étudier l’Univers primordial, Webb sera un « grand observatoire » de la NASA et soutiendra une diversité d’autres projets.

Cela permettra aux scientifiques de scruter les régions obscurcies par la poussière, telles que les centres des galaxies où se cachent des trous noirs supermassifs, ou les régions de formation intense d’étoiles dans notre galaxie et d’autres. Webb sera également sensible aux objets les plus froids, y compris les étoiles de très faible masse et les planètes en orbite autour d’autres étoiles dans la Voie lactée.

Une grande amélioration sur Hubble est que Webb sera bien équipé pour la spectroscopie , disséquant la lumière dans ses longueurs d’onde composantes. Cela nous permettra de mesurer avec précision le redshift cosmique des galaxies et de déterminer de quels éléments elles sont constituées.

Plus près de nous, Webb nous aidera à trouver des molécules telles que l’eau, l’ammoniac, le dioxyde de carbone (et bien d’autres) dans le système solaire, la Voie lactée et les galaxies voisines. Il pourra les voir dans les atmosphères des planètes autour des étoiles proches, ce qui est particulièrement excitant pour la recherche de vie extraterrestre.

Les astronomes attendent avec impatience les premières données à collecter dans les prochains mois. Alors que les mouvements mécaniques les plus spectaculaires et les plus risqués ont été effectués, le télescope continue de se déplacer et les segments de miroir effectuent de minuscules mouvements de la taille d’un nanomètre pour le mettre au point. Cela prendra plusieurs semaines pendant que le télescope refroidit à sa température de fonctionnement.

Pour moi, l’aspect le plus excitant à attendre est peut-être le complètement inconnu. Avec Webb, nous observerons une ère cosmique auparavant trouble, lorsque les conditions physiques étaient très différentes de celles de l’Univers moderne.

L’histoire de l’astronomie suggère que nous pouvons nous attendre à des découvertes révolutionnaires.

Karl Glazebrook – Directeur et professeur émérite, Center for Astrophysics & Supercomputing, Swinburne University of Technology