Télescope spatial James-Webb : à quoi sert le nouveau « Hubble » ?

Un nou­veau téles­cope de grande enver­gure, le téles­cope spa­tial James Webb (JWST)¹, doit être lan­cé cette année, quelques jours avant Noël. À bord d’une fusée Ariane 5, il quit­te­ra la terre depuis le port de l’Agence spa­tiale euro­péenne (ESA), à Kou­rou en Guyane fran­çaise. Cette mis­sion tant atten­due est sou­vent décrite comme étant la mise en fonc­tion du suc­ces­seur du téles­cope spa­tial Hubble.

Cet obser­va­toire spa­tial, le plus avan­cé jamais construit, fonc­tion­ne­ra prin­ci­pa­le­ment dans les lon­gueurs d’onde de l’infrarouge proche et moyen plu­tôt que dans le visible comme Hubble. Cela per­met­tra l’exploration la plus détaillée à ce jour des galaxies et des étoiles les plus loin­taines et les plus anciennes. Le JWST étu­die­ra aus­si des corps célestes proches, des pla­nètes extra­so­laires et notre propre sys­tème solaire. Ce téles­cope pour­rait révo­lu­tion­ner notre com­pré­hen­sion des exo­pla­nètes et de la façon dont les pre­mières étoiles et galaxies se seraient for­mées dans l’univers.

Le JWST est le pro­jet phare com­mun de la NASA, de l’ESA et de l’Agence spa­tiale cana­dienne. Il est doté d’un miroir seg­men­té de 6,5 mètres de dia­mètre — trois fois la taille de celui de Hubble —, ce qui le rend plus de 400 fois plus sen­sible que les téles­copes infra­rouges ter­restres ou spa­tiaux actuels. Le miroir est si grand qu’il doit être plié en trois. Il sera déplié une fois que le téles­cope aura atteint sa destination.

Le nou­veau téles­cope cou­vri­ra le spectre visible à ondes longues et les lon­gueurs d’onde de l’in­fra­rouge allant de 0,6 à 28 microns et embar­que­ra quatre ins­tru­ments scien­ti­fiques*. Il sera exploi­té pen­dant cinq à dix ans, plus si pos­sible, et sera envoyé au point de Lagrange L2, qui se trouve der­rière l’orbite de la Lune, à 1,5 mil­lion de kilo­mètres de la Terre. Là encore, il est très dif­fé­rent de Hubble, qui est res­té sur l’orbite ter­restre. Le JWST est éga­le­ment équi­pé d’un très grand pare-soleil de 22 x 10 m pour le refroi­dir et le pro­té­ger des radia­tions infra­rouges du soleil.

Au cours de sa pre­mière année de fonc­tion­ne­ment, ou Cycle 1, le JWST cher­che­ra les atmo­sphères des exo­pla­nètes rocheuses proches et son­de­ra les galaxies les plus anciennes de l’Univers, c’est-à-dire celles qui se sont for­mées moins d’un mil­liard d’années après le Big Bang. Ces galaxies sont si peu lumi­neuses qu’elles n’ont pu être détec­tées par les téles­copes pré­cé­dents, à l’exception d’une poi­gnée d’entre elles — décou­vertes par Hubble. Ces nou­velles obser­va­tions nous aide­ront à com­prendre une par­tie impor­tante de l’histoire de l’Univers, connue sous le nom d’époque de réio­ni­sa­tion (ou pre­mière lumière) — une période allant d’environ 400 000 à un mil­liard d’années après le Big Bang, lorsque les pre­mières étoiles et galaxies sont appa­rues. Il se pour­rait que la réio­ni­sa­tion ne se soit pas pro­duite par­tout en même temps, mais par poches et bulles. Ces bulles sont liées à la struc­ture ini­tiale à grande échelle de l’Univers, et le JWST espère pou­voir car­to­gra­phier cette structure.

Le JWST sera capable de voir beau­coup plus loin dans le temps, jusqu’à seule­ment 200 mil­lions d’années après le Big Bang, qui s’est pro­duit il y a 13,8 mil­liards d’années. Jusqu’à pré­sent, nous pou­vions remon­ter jusqu’à 400 ou 500 mil­lions d’années après le Big Bang avec les ins­tru­ments exis­tants, mais le JWST pour­rait voir « la pre­mière lumière » de l’Univers.

Le temps total d’observation pen­dant le Cycle 1 sera répar­ti entre plu­sieurs sous-caté­go­ries : 32 % pour l’observation des galaxies, 23 % pour les exo­pla­nètes, 12 % pour la phy­sique stel­laire et 6 % pour notre propre sys­tème solaire. Au sein de ces pro­grammes, il existe des pro­grammes de petite, moyenne et grande ampleur, dont cer­tains sont consi­dé­rés comme des « tré­so­re­ries », cen­sés four­nir d’énormes quan­ti­tés de don­nées qui occu­pe­ront les futures géné­ra­tions de cher­cheurs pen­dant des décennies.

Le JWST étu­die­ra éga­le­ment l’atmosphère d’une dizaine d’exoplanètes, par­mi les mil­liers décou­vertes ces der­nières années, et obser­ve­ra ces mondes lors de leur « tran­sit » devant leur étoile hôte. Ces obser­va­tions per­met­tront aux astro­phy­si­ciens de déter­mi­ner si elles ont une atmo­sphère et d’analyser par spec­tro­sco­pie la com­po­si­tion et la struc­ture de base de toute atmo­sphère présente.

Les exo­pla­nètes ciblées auront une taille com­prise entre une et trois fois celle de la Terre, et sont connues sous le nom de « super-Terres » et de « sub-Nep­tunes ». Le JWST pour­rait trans­for­mer notre com­pré­hen­sion de ces pla­nètes. Pour en arri­ver à déce­ler des bio­si­gna­tures sur des pla­nètes poten­tiel­le­ment habi­tables, nous devons d’abord com­prendre toute la diver­si­té des pla­nètes qui ont été décou­vertes à ce jour. Les super-Terres et les sub-Nep­tunes semblent être les types de pla­nètes les plus cou­rants dans la galaxie, même si nous ne savons tou­jours pas de quoi elles retournent réellement. 

Le JWST est un « monstre », construit pour trans­for­mer notre vision de l’Univers et pour réa­li­ser des tra­vaux d’astronomie révo­lu­tion­naires. Il révé­le­ra à l’humanité les zones les plus éloi­gnées de l’espace, jamais vues à ce jour. Mais il y aura éga­le­ment des images que l’on fera pour avoir de très belles choses à mon­trer au monde entier sans lien direct avec la science, qui nour­ri­ra l’imaginaire et inci­te­ra à la réflexion.