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.