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Comment les télescopes spatiaux dévoilent les mystères du cosmos

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

Isabelle Dumé, journaliste scientifique
Le 17 novembre 2021 |
4 mins de lecture
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Télescope spatial James-Webb : à quoi sert le nouveau « Hubble » ?
Philippe Laudet
Philippe Laudet
responsable des programmes astronomie et astrophysique du CNES
En bref
  • Un nouveau télescope spatial, nommé James Webb (JWST), s’apprête à décoller à bord de la fusée Ariane 5 — Décrit comme étant le successeur du renommé télescope spatial Hubble.
  • Il utilise les ondes de l’infrarouge, ce qui permet de remonter à la naissance des étoiles, et donc à l’ère de la « réionisation », 200 millions d’années après le Big Bang.
  • Avec un miroir segmenté de 6,5 mètres de diamètre, trois fois plus que celui de Hubble, il est 400 fois plus sensible que nos télescopes actuels, terrestres comme spatiaux, utilisant également l’observation de l’infrarouge.
  • Les données récoltées par le JWST vont permettre l’étude en profondeur de l’atmosphère d’une dizaine d’exoplanètes découvertes lors de la dernière décennie.

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.

Exploration lointaine

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.

Les quatre instruments scientifiques à bord du Integrated Science Instrument Module (ISIM) du JWST :

- Caméra visible/proche infrarouge (NIRCAM),

- Spec­tro­graphe proche infrarouge (NIRSPEC),

- Instru­ment pour infrarouge moyen (MIRI),

- Fine Guid­ance Sensor/Near InfraRed Imager and Slit­less Spec­tro­graph (FGS/NIRISS).

Les prin­ci­paux objec­tifs sci­en­tifiques du JWST seront les suiv­ants : « Pre­mière lumière et réion­i­sa­tion dans l’u­nivers prim­i­tive », « Assem­blage des galax­ies », « Nais­sance des étoiles et des sys­tèmes pro­to­plané­taires » et « Sys­tèmes plané­taires et orig­ines de la vie ». 

Étudier l’époque de la «réionisation»

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.

Étudier l’atmosphère des exoplanètes cibles

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.

1https://​www​.jwst​.fr/