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« Les images du James Webb Space Telescope sont extraordinaires »

« Les images du James Webb Space Telescope sont extraordinaires »

12.07.2022, par
Avec cette image de la nébuleuse de la Carène, pépinière d’étoiles quatre fois plus grande et plus lumineuse que la nébuleuse d'Orion, le JWST promet de belles découvertes à l’équipe d’Olivier Berné.
Astrophysicien au CNRS et responsable d’un des programmes d’observation sur ce télescope, Olivier Berné commente à chaud les toutes premières images du télescope spatial James Webb (JWST), publiées aujourd'hui par les agences spatiales américaine (Nasa), européenne (ESA) et canadienne (ASC).

Vous avez enfin pu voir les premières images du James Webb Space Telescope (JWST) lancé en décembre dernier. Qu’en pensez-vous ?
Olivier Berné1. C’est très émouvant ! Ces images sont extraordinaires, avec une profondeur et une finesse des détails encore jamais obtenues avec les précédents observatoires terrestres et spatiaux, comme le Hubble. Les premiers résultats montrent une sensibilité remarquable, de l’ordre de 6 à 10 fois plus importante qu’auparavant. Cela permet soit d’observer, enfin, des objets très lointains comme des galaxies primordiales, soit de mieux voir des objets plus proches de nous mais très faiblement lumineux, comme des étoiles ou planètes en formation. D’autre part, il y a beaucoup plus d’informations dans ces images qui ont une résolution élevée grâce au miroir de 6,5 mètres de diamètre du James Webb. Concrètement, en termes de détails, c’est un peu comme passer d’un tableau impressionniste au style réaliste.

L'amas de galaxies SMACS 0723 est si massif qu’il distord et amplifie la lumière des objets situés derrière lui. En complément des capacités du JWST, cela permet d’observer des galaxies extrêmement distantes et dont la luminosité est très faible, offrant ainsi « l'image la plus profonde jamais prise de notre Univers », indique Olivier Berné.
L'amas de galaxies SMACS 0723 est si massif qu’il distord et amplifie la lumière des objets situés derrière lui. En complément des capacités du JWST, cela permet d’observer des galaxies extrêmement distantes et dont la luminosité est très faible, offrant ainsi « l'image la plus profonde jamais prise de notre Univers », indique Olivier Berné.

Le JWST observe dans le rayonnement visible mais principalement dans l’infrarouge. Pourquoi ?
O. B. L’infrarouge correspond à des longueurs d’onde plus grandes que celles qui forment le spectre visible. Observer dans l’infrarouge permet de remonter plus loin dans le passé de l’Univers et de regarder des galaxies qui se sont formées aux premiers âges de l’Univers.

En termes de détails, c’est un peu comme passer d’un tableau impressionniste au style réaliste.

En effet, comme l’Univers est en expansion, le signal lumineux de ces premières galaxies est fortement décalé vers le rouge et sort du spectre visible. Il faut donc aller chercher leur lumière dans l’infrarouge pour comprendre la nature des premières étoiles qui ont existé dans l’Univers et la manière dont elles se sont formées juste après le Big Bang, il y a environ 13,5 milliards d’années. 

Le champ profond de galaxies lointaines que l’on voit dans cette image illustre parfaitement cette capacité du JWST. Ces longueurs d’onde permettent aussi d’observer, par exemple, des étoiles ou planètes naissantes à travers les cocons de poussière et de gaz qui les entourent.

Située dans la constellation des Voiles à environ 2000 années-lumière de la Terre, la nébuleuse de l’anneau austral est une nébuleuse planétaire. Il s’agit d’un nuage de gaz et de poussières en expansion, expulsé par une étoile en fin de vie qui a donné la naine blanche visible au centre. « La qualité des détails est étonnante : on peut voir toute une texture granuleuse invisible auparavant », s’enthousiasme Olivier Berné.
Située dans la constellation des Voiles à environ 2000 années-lumière de la Terre, la nébuleuse de l’anneau austral est une nébuleuse planétaire. Il s’agit d’un nuage de gaz et de poussières en expansion, expulsé par une étoile en fin de vie qui a donné la naine blanche visible au centre. « La qualité des détails est étonnante : on peut voir toute une texture granuleuse invisible auparavant », s’enthousiasme Olivier Berné.

Les scientifiques utilisent-ils ces images pour leurs recherches ?
O. B. Ces images utilisent de fausses couleurs pour les rendre esthétiques tout en donnant à voir des informations qui ne sont pas visibles normalement à l'œil nu. Les scientifiques n’utilisent pas directement ces images couleur pour travailler. Ils s’intéressent surtout aux données récoltées par chaque filtre du télescope, sur des longueurs d’onde précises pour les images ou via les données des spectrographesFermerUn spectrographe est un instrument qui sépare la lumière en un spectre de fréquences. Les atomes et molécules ont des signatures uniques dans ces spectres, ce qui permet de les identifier.. Cela donne des informations sur les températures, densités et compositions chimiques des objets observés, et parfois leurs mouvements. On peut ainsi appréhender les phénomènes physiques qui s’y jouent.

Le JWST dévoile la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète WASP-96b, géante gazeuse qui fait la moitié de la masse de Jupiter et orbite son étoile, située à 1120 années-lumière de la Terre (dans la constellation du Phénix), en moins de 4 jours. Le spectre dévoile de l’eau sous différents états à plusieurs profondeurs dans l’atmosphère, « ce qui prouve les capacités impressionnantes des instruments ! », se réjouit Olivier Berné.
Le JWST dévoile la composition chimique de l’atmosphère de l’exoplanète WASP-96b, géante gazeuse qui fait la moitié de la masse de Jupiter et orbite son étoile, située à 1120 années-lumière de la Terre (dans la constellation du Phénix), en moins de 4 jours. Le spectre dévoile de l’eau sous différents états à plusieurs profondeurs dans l’atmosphère, « ce qui prouve les capacités impressionnantes des instruments ! », se réjouit Olivier Berné.

Mais le James Webb n’a pas qu’une mission scientifique. Avec ses images fantastiques qui émeuvent et touchent le grand public, le télescope Hubble a eu une forte influence sur la manière dont l’humanité se représente le cosmos, sur l’imaginaire collectif autour de l’Univers dans lequel on vit. C’est un rôle fondamental, au moins aussi important que les découvertes scientifiques, que le JWST poursuivra certainement. J’avais d’ailleurs parié avec mes collègues qu’il y aurait un clin d’œil au travail de Hubble dans les images diffusées aujourd’hui et celle de la nébuleuse de la Carène me donne raison !

Mais les agences spatiales diffusent aussi aujourd’hui des données qui vous seront précieuses. Pouvez-vous expliquer en quoi ?
O. B. Aujourd’hui, les agences diffusent ces images admirables mais aussi l’ensemble des observations qui ont été faites et des données qui ont été produites pendant la phase de tests. Ces dernières ont un intérêt scientifique important. En effet, elles vont nous permettre d’évaluer la qualité des différents instruments et de tester les algorithmes de traitement de données que nous avons préparés. Nous autres, astronomes et astrophysiciens, trépignons d’impatience à l’idée de faire enfin un peu de science avec ce télescope que nous attendons depuis plusieurs décennies !

Vos propres observations auront lieu entre le 10 septembre et le 3 octobre. Que cherchez-vous à analyser et en quoi le JWST est-il un atout pour votre projet ?
O. B. Notre équipe est coordonnée par trois responsables : Els Peeters à l’université de Western Ontario au Canada, Émilie Habart à l’Institut d’astrophysique spatiale2 et moi-même. 

Nous avons obtenu 40 heures d’observation pour étudier la nébuleuse d’Orion. Les places sont chères : pour cette première vague de projets, seuls treize ont été retenus dans le monde entier.

Ce trio coordonne une équipe internationale d’environ 150 personnes sur 18 pays, avec une équipe resserrée d’une trentaine de chercheurs et chercheuses. Nous avons obtenu 40 heures d’observation pour étudier la nébuleuse d’Orion, un nuage de gaz et de poussières au cœur de la constellation du même nom. Les places sont chères : pour cette première vague de projets, seuls treize ont été retenus dans le monde entier, soit environ un heureux élu pour dix candidats, et nous sommes le seul programme avec une responsabilité principale de la France.

Ce groupe de galaxies, le quintet de Stephan, situé à 290 millions d'années-lumière, est le premier groupe compact de quatre galaxies en interaction, et une galaxie dans un autre plan, découvert en 1877. « On a l’impression de pouvoir zoomer à l’infini et de trouver toujours plus de détails, c’est extraordinaire ! », commente Olivier Berné.
Ce groupe de galaxies, le quintet de Stephan, situé à 290 millions d'années-lumière, est le premier groupe compact de quatre galaxies en interaction, et une galaxie dans un autre plan, découvert en 1877. « On a l’impression de pouvoir zoomer à l’infini et de trouver toujours plus de détails, c’est extraordinaire ! », commente Olivier Berné.

La nébuleuse d’Orion est intéressante à deux titres. D’abord, il s’agit d’une région de formation d’étoiles et de planètes au moins partiellement représentative de l'environnement dans lequel s’est formé le Système solaire. L’étudier nous permettra donc de remonter dans le temps pour mieux comprendre, par analogie, la formation du Soleil et des planètes qui l’entourent, comme la Terre.

D’autre part, les galaxies lointaines observées par le James Webb sont à une période de leur évolution pendant laquelle elles forment beaucoup d’étoiles. Leur rayonnement infrarouge est donc dominé par un signal lumineux similaire à celui que l’on reçoit de la nébuleuse d’Orion. La différence étant qu’Orion est suffisamment proche pour qu’on puisse observer différentes régions de la nébuleuse avec différents paramètres physiques (température et densité du gaz, taux de formation d’étoiles et intensité du champ de rayonnement, etc.). Notre projet est donc de fournir des modèles liant la forme du signal lumineux reçu à ces paramètres, des sortes d’étalons qui permettront d’interpréter les signaux reçus des galaxies lointaines. Cela fait presque dix ans que nous préparons ce projet, et les observations effectuées seront au cœur de nos recherches pendant plusieurs années ! 
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Un géant au service de la connaissance

Le JWST est le plus grand et le plus puissant des télescopes spatiaux jamais lancés. Il est conçu pour mieux comprendre notre Système solaire, observer des mondes lointains situés autour d’autres étoiles, sonder les origines de l’Univers. Il est issu d’un partenariat international entre la Nasa, l’ESA et l’ASC. L’ESA a ainsi fourni deux des quatre instruments scientifiques du James Webb : le spectrographe NIRSpec et 50 % du spectrographe et imageur Miri. Plusieurs laboratoires rattachés au CNRS ont participé, comme le Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique3 (Lesia), le Laboratoire d'astrophysique de Marseille4 (LAM) ou l’Institut d’astrophysique spatiale5 (IAS). Le télescope a été lancé le 25 décembre 2021 sur une fusée Ariane 5 depuis le Centre spatial européen en Guyane française. Avec son miroir de 6,5 mètres d’envergure, il est aujourd’hui en orbite autour du point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre, situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, du côté opposé au Soleil. 

A lire sur notre site
Le télescope James Webb à la découverte de l’Univers ancien​
 

Notes
  • 1. l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (CNRS/Cnes/Université Toulouse Paul Sabatier).
  • 2. Unité CNRS/Université Paris-Saclay.
  • 3. Unité CNRS/Observatoire de Paris-PSL/Sorbonne Université/Université Paris Cité.
  • 4. Unité CNRS/Cnes/Aix-Marseille Université.
  • 5. Unité CNRS/Université Paris-Saclay.

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