Images de science : le télescope James-Webb nous emmène 13 milliards d’années dans le passé

Hier soir, le président Biden présentait la première image prise par le télescope James-Webb ou JWST (son acronyme anglais). Depuis son lancement le 25 décembre 2021, et même avant, la communauté des astronomes et astrophysiciens était très impatiente. Et il y a de quoi, car ce télescope promet des avancées majeures en astronomie, notamment dans l’étude des origines de l’univers ou des exoplanètes.

Prendre les origines de l’univers en photo

Sur la photo prise par le JWST, nous voyons beaucoup plus de choses comme le montre la comparaison ci-dessous. Les points brillants avec des croix sont des étoiles de notre galaxie. Ces « pics de lumière » sont dûs à la configuration du miroir du télescope, segmenté en petits hexagones. Tout le reste, ce sont des galaxies. En revanche, la plus grande différence réside dans le temps nécessaire à cette prise. Il a fallu plusieurs semaines à Hubble pour produire cette image, mais seulement douze heures et demi au Webb. Cela est dû à la grande taille de son miroir, collectant plus de lumière plus rapidement.

Certaines des galaxies visibles sur cette image sont à 13 milliards d’années-lumière. Cela veut dire que la lumière a mis 13 milliards d’années à voyager jusqu’à nous depuis qu’elle a été émise par la galaxie, signifiant que l’on voit l’univers tel qu’il était peu de temps après le Big Bang. Si cela a pu être possible avec Hubble, le télescope James-Webb dispose d’une bien meilleure résolution, permettant de déceler les formes des galaxies de manière beaucoup plus détaillée.

Ces galaxies sont de morphologies et de couleurs diverses. Les couleurs nous renseignent sur leurs distances, les plus éloignées étant celles à la longueur d’onde la plus grande, donc les plus rouges. Celles-ci sont aussi de formes plus simples, moins structurées, car elles sont plus « jeunes ». Les galaxies prennent des formes de plus en plus complexes au fur et à mesure qu’elles interagissent avec d’autres galaxies.

Il reste un champ immense à photographier avec le Webb, car la partie de l’univers que l’on voit sur cette image est minuscule : on pourrait la cacher en tenant un grain de sable à bout de bras.

L’infrarouge pour comprendre la formation des galaxies

Une des grandes différences entre Hubble et le Webb est leur domaine spectral : Hubble voit principalement dans le visible tandis que le Webb est un télescope infrarouge. Les étoiles proches du Big Bang, bien que mortes depuis longtemps, ont émis un rayonnement ultraviolet. Leur éloignement, du fait de l’expansion de l’univers, décale leurs longueurs d’onde vers l’infrarouge.

Le Webb va aussi permettre d’observer la poussière d’étoiles. Cette substance existe sous deux formes : carbonée, semblable à de la suie, et sous forme de silicate, se rapprochant du sable. Elle se forme autour des étoiles en fin de vie, puis traverse le milieu interstellaire, finissant par former de nouvelles étoiles. Et à terme, de nouvelles galaxies.

Cette poussière a la propriété cruciale d’être visible dans l’infrarouge et opaque au visible, rendant impossible son analyse par Hubble. L’observation de la poussière par le Webb devrait permettre de mieux comprendre les mécanismes de formation des étoiles et des galaxies. Cela se fera notamment par l’observation de la nébuleuse de la Carène, la nébuleuse de l’anneau austral et le quintette de Stephan.

Enfin, les images du télescope Webb, accessibles librement pour les scientifiques et le grand public, vont permettre de scruter des exoplanètes et leur atmosphère. En effet, plusieurs molécules sont observables dans l’infrarouge – la molécule d’eau par exemple.

Cet article fait partie de la série « Les belles histoires de la science en libre accès », publiée avec le soutien du ministère de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation. Pour en savoir plus, veuillez consulter la page Ouvrirlascience.fr.

Benoît Tonson, Chef de rubrique Science + Technologie, The Conversation; Elsa Couderc, Cheffe de rubrique Science + Technologie, The Conversation et Malik Habchi, Editeur Science, The Conversation

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.