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Le télescope Webb ne fait que commencer

BALTIMORE – Jusqu’à présent, c’était un régal pour les yeux du ciel: l’immensité noire de l’espace regorgeant de taches de lumière énigmatiques et insondables. Des portraits fantomatiques de Neptune, Jupiter et d’autres voisins que nous pensions déjà connaître. Nébuleuses et galaxies rendues visibles par les yeux infrarouges pénétrants du télescope spatial James Webb.

Le télescope, du nom de James Webb, l’administrateur de la NASA lors de la préparation des alunissages d’Apollo, est un projet conjoint de la NASA, de l’Agence spatiale européenne et de l’Agence spatiale canadienne. Il a été lancé à Noël il y a un an – après deux décennies de troubles et 10 milliards de dollars – dans le cadre d’une mission d’observation de l’univers dans des longueurs d’onde qu’aucun œil humain ne peut voir. Avec un miroir primaire de 21 pieds de large, le Webb est sept fois plus puissant que son prédécesseur, le télescope spatial Hubble. Selon la façon dont vous faites la comptabilité, une heure d’observation sur le télescope peut coûter 19 000 $ ou plus à la NASA.

Mais ni la NASA ni les astronomes n’ont payé tout cet argent et ce capital politique juste pour de jolies images – personne ne s’en plaint.

“Les premières images n’étaient que le début”, a déclaré Nancy Levenson, directrice temporaire du Space Telescope Science Institute, qui gère à la fois Webb et Hubble. “Il en faut plus pour les transformer en véritable science.”

Pendant trois jours en décembre, quelque 200 astronomes ont rempli un auditorium à l’institut pour entendre et discuter des premiers résultats du télescope. Environ 300 autres ont été visionnés en ligne, selon les organisateurs. L’événement a servi de célébration tardive du lancement et de l’inauguration réussis du Webb et d’un aperçu de son brillant avenir.

Un par un, les astronomes ont marché vers le podium et, parlant rapidement pour respecter la limite de 12 minutes, ont traversé un univers de découvertes. Des galaxies qui, même dans leur jeunesse relative, avaient déjà engendré des trous noirs supermassifs. Études atmosphériques de certaines des sept exoplanètes rocheuses en orbite autour de Trappist 1, une naine rouge qui pourrait abriter des planètes habitables. (Les données suggèrent qu’au moins deux des exoplanètes n’ont pas les atmosphères d’hydrogène primordiales encombrantes qui étoufferaient la vie telle que nous la connaissons, mais elles peuvent avoir des atmosphères étriquées de molécules plus denses comme l’eau ou le dioxyde de carbone.)

« Nous sommes en affaires », a déclaré Bjorn Benneke de l’Université de Montréal, en présentant les données d’une des exoplanètes.

Megan Reiter de l’Université Rice a emmené ses collègues dans une “plongée profonde” à travers les falaises cosmiques, un foyer nuageux de formation d’étoiles dans la constellation Carina, qui était l’un des premiers bonbons célestes préférés. Elle retrace comment les jets de nouvelles étoiles, les ondes de choc et les rayonnements ionisants d’étoiles proches plus massives qui sont nées bouillantes remodèlent constamment la géographie cosmique et déclenchent la formation de nouvelles étoiles.

“Cela pourrait être un modèle pour ce que notre propre soleil a traversé lorsqu’il s’est formé”, a déclaré le Dr Reiter dans une interview.

Entre les présentations, en marge et dans les couloirs, les astronomes expérimentés présents en 1989 lorsque l’idée du télescope Webb a été évoquée pour la première fois se sont félicités et ont échangé des histoires de guerre sur le développement du télescope. Ils ont haleté de manière audible lorsque les jeunes ont montré des données qui ont dépassé leurs propres réalisations avec le Hubble.

Jane Rigby, la scientifique du projet pour les opérations du télescope, a rappelé son tumulte émotionnel il y a un an alors que le télescope approchait enfin de son lancement. L’instrument avait été conçu pour se dérouler dans l’espace – un processus complexe avec 344 “défaillances ponctuelles” potentielles – et le Dr Rigby ne pouvait que les compter, encore et encore.

“J’étais au stade du déni”, a-t-elle déclaré à Baltimore. Mais le lancement et le déploiement se sont parfaitement déroulés. Maintenant, elle a dit : « Je vis le rêve.

Garth Illingworth, un astronome de l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a présidé en 1989 une réunion clé au Space Telescope Science Institute qui a finalement conduit au Webb, a simplement déclaré: “Je suis juste époustouflé.”

Lors d’une réception après le premier jour de la réunion, John Mather du Goddard Space Flight Center de la NASA et scientifique principal du projet Webb depuis le début, a levé son verre aux 20 000 personnes qui ont construit le télescope, les 600 astronomes qui l’avaient testé dans l’espace et la nouvelle génération de scientifiques qui l’utiliseraient.

“Certains d’entre vous n’étaient même pas nés lorsque nous avons commencé à planifier”, a-t-il déclaré. “Allez-y !”

Jusqu’à présent, le télescope, hérissé de caméras, de spectroscopes et d’autres instruments, dépasse les attentes. (Son pouvoir de résolution est deux fois supérieur à celui annoncé.) Le lancement sans faille du télescope, a rapporté le Dr Rigby, lui a laissé suffisamment de carburant de manœuvre pour le faire fonctionner pendant 26 ans ou plus.

“Ce sont des chiffres heureux”, a-t-elle déclaré, alors qu’elle et ses collègues débitaient les statistiques de performance de leurs instruments. Le Dr Rigby a averti que les instruments du télescope étaient toujours en cours d’étalonnage, de sorte que les chiffres pourraient encore changer. Préparez-vous à recalculer vos résultats sur simple pression d’un bouton, a-t-elle dit à un groupe d’astronomes dans le hall : “Sinon, vous détesterez votre vie.”

La plus grande surprise du télescope Webb jusqu’à présent concerne peut-être les événements des premiers millénaires de l’univers. Les galaxies semblent avoir formé, généré et nourri des étoiles plus rapidement que ne le prévoyaient les modèles cosmologiques testés au combat.

« Comment les galaxies ont-elles pu vieillir si vite ? » a demandé Adam Riess, lauréat du prix Nobel de physique et cosmologiste de l’Université Johns Hopkins, qui est passé pour la journée.

L’exploration de cette province – le “printemps cosmique”, comme l’a appelée un astronome – est l’objectif de plusieurs collaborations internationales avec des acronymes accrocheurs comme JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), GLASS (Grism Lens-Amplified Survey From Space) et PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science).

La vision infrarouge de Webb est essentielle à ces efforts. Au fur et à mesure que l’univers s’étend, les galaxies et autres objets célestes éloignés s’éloignent de la Terre si rapidement que leur lumière a été étirée et déplacée vers des longueurs d’onde infrarouges invisibles. Au-delà d’un certain point, les galaxies les plus éloignées s’éloignent si rapidement, et leur lumière est tellement étirée en longueur d’onde, qu’elles sont invisibles même pour le télescope Hubble.

Le télescope Webb a été conçu pour exposer et explorer ces régions, qui représentent l’univers à seulement un milliard d’années, lorsque les premières galaxies ont commencé à fleurir d’étoiles.

“Il faut du temps pour que la matière se refroidisse et devienne suffisamment dense pour enflammer les étoiles”, a noté Emma Curtis-Lake, de l’Université du Hertfordshire et membre de l’équipe JADES. Le taux de formation d’étoiles a culminé lorsque l’univers avait quatre milliards d’années, a-t-elle ajouté, et n’a cessé de baisser depuis. Le cosmos a maintenant 13,8 milliards d’années.

Les astronomes mesurent les distances cosmiques avec un paramètre appelé décalage vers le rouge, qui indique de combien la lumière d’un objet lointain a été étirée. Il y a quelques mois à peine, un décalage vers le rouge de 8, qui correspond à une époque où l’univers avait environ 646 millions d’années, était considéré comme un décalage vers le rouge élevé. Grâce au Dr Curtis-Lake et à ses collègues, le redshift record est maintenant de 13,2, ce qui correspond à l’époque où l’univers n’avait que 325 millions d’années.

Le Dr Curtis-Lake et son équipe avaient pointé le télescope vers une partie du ciel appelée GOODS South, à la recherche de galaxies que Hubble n’avait pas été en mesure de détecter. Effectivement, ils étaient quatre, des spectres dans le brouillard de chaleur de la création. Des mesures ultérieures ont confirmé qu’ils étaient en effet loin dans le temps.

“Nous ne voulions pas dire que nous y croyions – publiquement”, a déclaré Brant Robertson, membre de JADES de l’Université de Californie à Santa Cruz.

Le record ne devrait pas durer longtemps. La collaboration CEERS a signalé une galaxie candidate qui pourrait avoir un décalage vers le rouge de 16, alors que l’univers n’avait que 250 millions d’années.

Les experts se demandent déjà si ces galaxies trop impatientes révèlent quelque chose de fondamental, et négligé, dans les théories actuelles de l’univers primitif. Peut-être qu’un champ ou un effet a stimulé la gravité à l’époque et accéléré la croissance des galaxies et des trous noirs. Ou peut-être que les divergences reflètent simplement des incertitudes scientifiques sur les détails désordonnés – la «gastrophysique» – de la formation des étoiles.

Au cours des 20 dernières années, les astronomes ont perfectionné un « modèle standard » solide d’un univers composé d’énergie noire, de matière noire et d’un brin de matière atomique. Il est trop tôt pour casser ce modèle, a déclaré le Dr Curtis-Lake dans une interview; Webb a peut-être trois décennies d’observation devant lui. « Nous n’en sommes qu’au début », a-t-elle déclaré.

Le discours de clôture est revenu au Dr Mather. Il a raconté l’histoire du télescope et a rendu hommage à Barbara Mikulski, l’ancienne sénatrice du Maryland, qui a soutenu le projet en 2011 alors qu’il risquait d’être annulé. Il a également présenté en avant-première le prochain grand acte de la NASA : un télescope spatial de 12 mètres appelé l’Observatoire des mondes habitables qui chercherait des planètes et les étudierait.

“Tout ce que nous avons fait en valait la peine”, a-t-il déclaré. “Nous sommes donc ici : c’est une fête de célébration, un premier aperçu de ce qui se passe ici. Ce n’est pas la dernière chose que nous allons faire. »

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