Le télescope le plus puissant de la NASA est sur le point de changer notre vision de l’univers

Bientôt, les astronomes du monde entier regarderont leurs téléviseurs en retenant leur souffle. Après une série de retards (tant de retards !), le télescope spatial James Webb de la NASA est enfin sur la bonne voie pour être lancé avant la fin de l’année. Une mise à niveau ambitieuse du télescope Hubble, cette sonde révolutionnaire promet de modifier à jamais notre connaissance de l’univers.

“Pour moi, le lancement de Webb sera un événement important dans ma vie – je serai ravi, bien sûr, quand cela sera réussi, mais ce sera aussi un moment d’introspection personnelle profonde”, a déclaré Mark Voyton, responsable de l’intégration et des tests de l’observatoire Webb. au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Vingt ans de ma vie se résumeront à ce moment-là. »

Armé d’une puissance d’imagerie infrarouge sans précédent intégrée à des machines de pointe, Webb parcourra 1,6 million de kilomètres de la Terre pour nous donner accès aux secrets les plus profonds, les plus sombres et les plus anciens de l’espace.

Il est équipé pour regarder au-delà des âges sombres cosmiques et documenter les premiers grains de lumière à inonder l’univers, voir les étoiles se former derrière les nuages ​​de poussière que Hubble n’a pas pu pénétrer, zoomer dans les trous noirs supermassifs avec une précision inégalée, détecter les galaxies invisibles à l’œil nu et commencer à cataloguer les systèmes planétaires à la recherche d’exoplanètes habitables.

« Nous ne savons pas exactement quand l’univers a créé les premières étoiles et galaxies – ni comment, d’ailleurs. C’est ce à quoi nous construisons JWST pour aider à répondre.

John Mather, scientifique principal du projet pour le télescope spatial James Webb

Alors que d’autres sondes spatiales, telles que le Cosmic Background Explorer de 1989, ont techniquement étudié une plus grande distance dans l’univers que Webb ne le fera, ce télescope « a été conçu non pas pour voir les débuts de l’univers, mais pour voir une période de l’histoire de l’univers que nous pas encore vu », a déclaré John Mather, scientifique principal du projet pour le télescope spatial James Webb.

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Une chronologie de l’univers. Webb nous offrira l’accès à la région avant de les âges sombres.

Nasa

Considérez-le comme la différence entre regarder les étoiles depuis une ville de New York saturée de lumière, puis depuis une vallée sombre de la forêt. Debout à l’ombre d’une verdure dense, vous verriez une myriade d’étincelles supplémentaires même si vous regardez le même ciel – vous le regardez simplement depuis un nouvel objectif non filtré par la pollution lumineuse.

Imaginez un objectif qui peut regarder dans les profondeurs de l’espace, sans filtre. Un jour, Webb pourrait même nous aider à répondre à une question potentiellement effrayante : sommes-nous seuls dans l’univers ?

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Une image 2017 de Webb en “pleine floraison”. Le miroir en or à 18 segments est conçu pour capturer la lumière infrarouge des premières galaxies qui se sont formées dans l’univers primitif et aidera le télescope à regarder à l’intérieur des nuages ​​​​de poussière où les étoiles et les systèmes planétaires se forment aujourd’hui.

NASA/Desiree Stover

Comment regarder la NASA lancer le télescope spatial James Webb

Le décollage a été prévu pour le 22 décembre, mais la NASA a annoncé que le vaisseau spatial ne volera pas avant le 24 décembre. Une nouvelle date est attendue le 17 décembre – et nous nous assurerons de mettre à jour cette pièce à ce moment-là. Quelle que soit la date, vous pourrez regarder le décollage mémorable en ligne sur NASA TV. Nous couvrirons également le lancement sur CNET Highlights, l’une de nos chaînes YouTube.

Télescope ou machine à remonter le temps ?

Chaque fois que vous regardez la lune, vous regardez dans le passé car la lumière ne voyage pas instantanément. Plus la source lumineuse est éloignée, plus la lumière met du temps à vous atteindre.

Sur Terre, si quelqu’un de l’autre côté de la pièce allumait une ampoule, il faudrait un temps infiniment court pour que son éclairage atteigne votre œil. Mais si quelqu’un se tenait sur la lune et allumait une ampoule, il vous faudrait 1,3 seconde pour la voir revenir sur Terre. Essentiellement, chaque fois que le clair de lune atteint votre œil, vous regardez dans le temps de 1,3 seconde – et ce n’est que la lune, à quelque 238 855 miles (près de 384 400 km).

Le télescope spatial James Webb peut regarder beaucoup plus loin dans l’espace lointain, à environ 13,7 milliards d’années-lumière, ce qui signifie qu’il peut regarder 13,7 milliards d’années en arrière. C’est juste 100 millions d’années après la naissance de l’univers.

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Une conception d’artiste du télescope spatial James Webb volant dans l’espace.

Adriana Manrique Gutierrez, animatrice de la NASA

Alors qu’il cherche des indices sur ce qui s’est passé juste après le Big Bang, il utilisera des lampes de poche cosmiques naturelles appelées quasars pour regarder l’époque se dérouler. Pensés pour être alimentés par des trous noirs supermassifs, les quasars vivent au centre des galaxies et émettent une lumière immensément lumineuse.

« Si vous voulez étudier l’univers, vous avez besoin de sources d’arrière-plan très lumineuses », a déclaré Camilla Pacifici, qui est affiliée à l’Agence spatiale canadienne et qui travaille en tant qu’instrumentiste au Space Telescope Science Institute de Baltimore. “Un quasar est l’objet parfait dans l’univers lointain car il est suffisamment lumineux pour que nous puissions très bien le voir.”

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Le concept d’un artiste d’une galaxie avec un brillant quasar en son centre. En utilisant les capacités uniques de Webb, les scientifiques étudieront six des quasars les plus lointains et les plus lumineux de l’univers.

NASA, ESA et J. Olmsted (STScI)

De plus, grâce à une longue liste d’équipements à haute intensité, Webb ne se contentera pas de prendre des photos de l’univers lointain tel quel ; Webb est programmé pour utiliser l’imagerie infrarouge.

Signatures infrarouges

La caractéristique la plus cruciale de Webb est sans doute ses capacités d’imagerie infrarouge – la principale raison pour laquelle il peut capturer des aperçus aussi riches et non filtrés de l’univers ancien.

Au fur et à mesure que les corps cosmiques s’éloignent de la Terre, ainsi que le reste du tissu spatial, la lumière qui les éclaire s’étend simultanément, entraînant un phénomène appelé décalage vers le rouge. Redshift a à voir avec la façon dont la lumière sur le spectre électromagnétique existe dans les longueurs d’onde, qui ressemblent en quelque sorte à des zigzags sinueux.

À une extrémité du spectre, nous avons la lumière bleue et à l’autre extrémité, la lumière rouge. Les longueurs d’onde de la lumière bleue sont plus courtes, vous pouvez donc les considérer comme ayant une tonne d’ondes étroites et pointues sur le zigzag. La lumière rouge a des longueurs d’onde plus longues et étirées.

Au fur et à mesure que l’univers s’étend, les longueurs d’onde de la lumière bleue des quasars s’étirent lentement comme si on tirait sur un élastique – et à mesure qu’elles s’allongeaient, elles deviennent plus rouges. Une fois que ces longueurs d’onde atteignent vraiment l’extrémité rouge du spectre, elles entrent dans ce qu’on appelle la région de la lumière infrarouge.

Malheureusement, l’œil humain ne peut pas voir la lumière infrarouge, et Hubble ne peut en voir qu’une partie. Webb est conçu pour le travail.

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Une comparaison des vues visible et infrarouge de Hubble de la nébuleuse de la tête de singe. Bien que Hubble ait des capacités infrarouges, elles ne sont rien comparées à celles de Webb.

NASA et ESA

Il percera les nuages ​​de poussière pour étudier des objets dans l’espace éclairés par la lumière dans la région infrarouge, et parce que les informations infrarouges peuvent également révéler des propriétés physiques, Webb identifiera si des molécules comme l’eau sont présentes sur des planètes lointaines. Et ce n’est que le début.

Bien qu’il existe certaines hypothèses sur ce que Webb pourrait trouver, comme la façon dont les particules se sont une fois réionisées pour former des étoiles, les découvertes qu’il fait concerneront probablement des choses sur lesquelles nous n’avons même jamais pensé à poser des questions.

« Nous pensons que les minuscules ondulations de température [other telescopes like COBE] observées étaient les graines qui ont fini par devenir des galaxies », a déclaré Mather. Mais parce que ces sondes n’étaient pas équipées d’imagerie infrarouge, « nous ne savons pas exactement quand l’univers a créé les premières étoiles et galaxies – ni comment, d’ailleurs. C’est ce à quoi nous construisons JWST pour aider à répondre.

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Répartition des spécifications de Webb et de son rôle dans la recherche de la vie extraterrestre

Pour l’effet non filtré, l’équipe internationale derrière le vaisseau spatial a intégré de nombreux instruments de Webb avec ses processeurs d’imagerie infrarouge de haute technologie. Voici quelques détails.

Le miroir de Webb : 21,3 pieds (6,5 mètres) de diamètre, avec 18 segments hexagonaux plaqués or qui collectent la lumière infrarouge. La NASA appelle cela un « seau léger ».

Pare-soleil : Un parapluie en métal à cinq couches de la taille d’un court de tennis pour protéger la sonde de la chaleur du soleil, de la Terre et de la lune.

Caméra proche infrarouge (NIRCam) : L’imageur principal de Webb qui détectera les premières étoiles et galaxies en formation.

Spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) : Cet outil peut utiliser les informations infrarouges pour informer les scientifiques sur les propriétés physiques telles que la composition chimique et la température des corps galactiques.

Instrument infrarouge moyen (MIRI) : Celui-ci possède à la fois une caméra et un spectrographe capables de détecter des objets dans la région électromagnétique de l’infrarouge moyen.

Imageur proche infrarouge et spectrographe sans fente (NIRISS) : Celui-ci est considéré comme particulièrement utile dans la détection d’exoplanètes.

Capteur de guidage fin (FGS) : Utilisé pour la navigation.

Un rendu 3D de l’apparence de James Webb dans l’espace une fois complètement déployé.

Laboratoire d’images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA

Les données renvoyées sur Terre par le télescope spatial James Webb seront rapidement disponibles pour les chercheurs du monde entier. Un large éventail d’esprits le scrutera de près pour élucider des mystères tels que : existe-t-il des étoiles primitives de l’univers qui se sont effondrées dans des trous noirs que nous n’avons jamais étudiés auparavant ? Y a-t-il de la vie ailleurs dans l’univers ? Y a-t-il des planètes au-delà de notre galaxie de la Voie lactée propices au maintien de la vie dans le futur ?

Les deux derniers entrent en jeu lorsque Webb commence à utiliser une approche différente de la détection infrarouge : les signatures thermiques.

“Si nous voyons les signatures de l’équilibre thermochimique, nous conclurions que la planète est trop chaude pour être habitable”, a déclaré Renyu Hu, chercheur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, dans un communiqué. “Inversement, si nous ne voyons pas la signature de l’équilibre thermochimique et voyons également des signatures de gaz dissous dans un océan d’eau liquide, nous les considérerions comme une forte indication de l’habitabilité.”

Décoller une mission inestimable

À l’heure actuelle, Webb est stationné au Centre spatial guyanais en Guyane française. Il est replié dans la pointe d’une fusée Ariane 5, en attente des ordres de décollage.

À la grandeur de ce télescope se trouve sa séquence de déploiement compliquée – et coûteuse. Son compte à rebours marquera l’aboutissement de décennies d’ingénierie, de planification et de plus de 9,8 milliards de dollars de financement.

« Vingt ans de ma vie se résumeront à ce moment-là. »

Mark Voyton, responsable de l’intégration et des tests de l’observatoire Webb à la NASA Goddard

Après que le moteur à carburant liquide d’Ariane 5 ait rugi et que le lanceur soit entré dans l’espace, le télescope Webb sera exposé au vide, puis se détachera. Ensuite, il alimentera son propre moteur et ajustera sa structure au fur et à mesure qu’il avance.

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La fusée Ariane 5 sur laquelle Webb sera lancé, en Guyane française.

ESA/CNES/Arianespace

Au cours des 30 jours suivants, tout en se déployant lentement de ses plis en forme d’origami, il se déplacera vers une orbite autour du soleil à ce qu’on appelle le deuxième point de LaGrange. Cet endroit est spécial. De là, Webb a une vue claire et ininterrompue dans l’espace, et son pare-soleil peut le protéger de la lumière et de la chaleur de la Terre, du soleil et de la lune.

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Webb orbitera autour du soleil à 1,5 million de kilomètres (1 million de miles) de la Terre à ce qu’on appelle le deuxième point de Lagrange, ou L2. Remarque : Ce graphique n’est pas à l’échelle.

Nasa

Étant donné que la lumière infrarouge peut parfois être détectée comme de la chaleur, Webb doit être maintenu à basse température.

La NASA a déclaré qu’elle devra mener environ six mois d’autres opérations scientifiques, comme des vérifications optiques et des étalonnages des instruments de Webb, avant de se lancer dans le vif de la mission.

Mais d’abord, le lancement risqué de ce mois-ci doit être irréprochable.

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L’ingénieur de la NASA Ernie Wright regarde les six premiers segments de miroir primaire prêts au vol de Webb sont prêts à commencer les derniers tests cryogéniques au Marshall Space Flight Center de la NASA.

NASA/MSFC/David Higginbotham