Télescope spatial James Webb : un an d'images et de résultats

Le 12 juillet 2022, les premières images du télescope spatial James Webb étaient montrées. Depuis, chaque nouvelle publication enchante et fascine spécialistes et grand public. Après un an de fonctionnement, voici une rétrospective de quelques résultats déjà obtenus avec ce télescope hors du commun.

Trois piliers proéminents (celui du haut est coupé par le recadrage de l'image) de gaz et de poussière semi-opaques, chacun dans des nuances spectrales de gris-bleu, commencent en bas à gauche et s'étendent vers le haut à droite. De gauche à droite, chaque pilier est consécutivement plus petit. Ensemble, ils apparaissent comme une main fantomatique. Vers le haut du pilier le plus à gauche, il y a une étoile rouge proéminente, avec de minuscules pointes à son extrémité. Plus bas sur ce pilier, il y a plusieurs zones de poussière plus sombres qui font saillie comme des protubérances, certaines aussi avec des étoiles qui apparaissent comme de petits points rouges. Les deux autres piliers sont en dessous et à droite du premier pilier. L'arrière-plan de cette scène prend des nuances brillantes de rouge orangé mélangées à du noir, les teintes orange vif les plus fortes plongeant en forme de V en haut au centre de l'image. Dispersées sur toute l'image, quelques dizaines de minuscules étoiles blanches et bleues brillantes. Les étoiles plus grandes apparaissent comme des orbes rouges et sont incrustées dans les piliers. — Cette vue de l’instrument MIRI équipant le télescope spatial James Webb est une version particulièrement esthétique des emblématiques Piliers de la création. MIRI est sensible dans la lumière infrarouge moyen. Cliquez pour voir l’image en entier. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI

James Webb, un télescope hors normes qui tient ses promesses

Rappelez-vous : après son lancement réussi le 25 décembre 2021 par une fusée Ariane 5 depuis la base guyanaise de Kourou, il avait fallu environ un mois au télescope spatial James Webb pour atteindre sa destination finale et près de six mois supplémentaires pour qu’il soit entièrement opérationnel. Le 12 juillet 2022, les premières images étaient publiées et leur fantastique qualité montraient que l’instrument est même plus performant que prévu !

Depuis, les publications se succèdent. Et si certains résultats sont parfois un peu techniques, lorsqu’il s’agit d’images, l’ébahissement est souvent au rendez-vous. Car rappelons-le, le télescope spatial James Webb sonde l’Univers dans les longueurs d’onde infrarouges, un monde invisible à nos yeux. Après un traitement approprié, c’est donc une somme colossale d’informations inédites qui arrive aux scientifiques… Charge à eux de les exploiter, mais aussi de les rendre accessibles au grand public !

Pour cette première année de fonctionnement du télescope James Webb, voici une sélection de douze publications (une par mois) ainsi que quelques-unes des découvertes qu’elles nous enseignent.

Juillet 2022 : première image du télescope James Webb, un champ de galaxies très jeunes et très éloignées

Le fond de l'espace est noir. Des milliers de galaxies apparaissent partout dans l'image. Leurs formes et leurs couleurs varient. Certaines sont de différentes nuances d'orange, d'autres sont blanches. La plupart des étoiles apparaissent bleues et sont parfois aussi grandes que des galaxies plus éloignées qui apparaissent à côté d'elles. Une étoile très brillante est juste au-dessus et à gauche du centre. Elle a huit longs pics de diffraction bleu vif. Entre 4 heures et 6 heures dans ses pointes se trouvent plusieurs galaxies très brillantes. Un groupe de trois est au milieu et deux sont plus proches de 4 heures. Ces galaxies font partie de l'amas de galaxies SMACS 0723, et elles déforment l'apparence des galaxies vues autour d'elles. De longs arcs orange apparaissent à gauche et à droite vers le centre. — Crédit : NASA, ESA, ASC et STScI

La première image du télescope spatial James Webb se devait évidemment de marquer les esprits. Pour cela, les scientifiques ont choisi de réitérer l’extraordinaire vue que nous avait offert le télescope Hubble sur la jeunesse de l’Univers, en pointant un champ de galaxies très éloignées de nous (souvent appelé le Hubble deep field). Et en seulement une journée, le télescope James Webb a largement surpassé son grand frère spatial qui doit poser jusqu’à plusieurs semaines pour obtenir le même résultat !

Cette image est vertigineuse à bien des égards. D’abord parce qu’elle couvre la surface d’un grain de sable lorsqu’on le regarde à bout de bras. Mais aussi parce qu’elle met en évidence des milliers de galaxies dans ce champ minuscule. Ou encore parce qu’elle montre notre Univers alors qu’il n’avait que 100 millions d’années (il est âgé de 13,8 milliards d’années actuellement). Vertigineux !

Août 2022 : Jupiter, ses brumes et ses aurores polaires

Jupiter domine le fond noir de l'espace. L'image est un composite et montre Jupiter dans des couleurs améliorées, mettant en évidence la grande tache rouge de la planète, qui apparaît ici en blanc. La planète est striée de rayures horizontales tourbillonnantes de turquoise fluo, de pervenche, de rose clair et de crème. Les rayures interagissent et se mélangent sur leurs bords comme de la crème dans le café. Le long des deux pôles, la planète brille en turquoise. Des aurores orange vif brillent juste au-dessus de la surface de la planète aux deux pôles. — Crédit : NASA, ESA, ASC, équipe Jupiter ERS – traitement d’image par Judy Schmidt

Voici une image de Jupiter comme nous en voyons rarement : en effet, le télescope James Webb dispose uniquement d’instruments sensibles dans l’infrarouge, une gamme de longueurs d’ondes invisibles pour l’œil humain. C’est le proche infrarouge qui est ici mis en valeur grâce à trois filtres spécialisés de sa caméra NIRCam : les longueurs d’ondes les plus longues sont représentées en rouge et celles qui sont plus courtes sont visibles en bleu.

Les bandes nuageuses claires proches de l’équateur, les petites taches blanches aux latitudes plus élevées ainsi que la Grande tache rouge qui apparaît ici en blanc sont en fait des structures atmosphériques avec des nuages très élevés en altitude, explique la scientifique Heidi Hammel, chargée des observations du Système solaire avec le télescope spatial. Un autre intérêt de cette image se trouve aux deux pôles de la planète : on voit deux grandes zones rouge-orangées qui sont des aurores polaires au-dessus de l’atmosphère gazeuse de la planète géante. Quant aux lueurs vertes situées un peu plus bas en latitude, il s’agit de brumes tourbillonnant autour des pôles.

Septembre 2022 : la structure cachée de la galaxie IC5332 révélée

Image de la galaxie IC5332 prise par l'instrument MIRI du télescope Webb, ressemblant à des toiles d'araignées grises en forme de spirale. Ces « toiles d'araignées » sont des modèles de gaz répartis dans toute la galaxie. Le noyau de la galaxie brille d'un bleu foncé. Les étoiles, vues comme de minuscules points bleus, sont dispersées dans l'image. Il y a aussi des points rouges plus clairsemés et plus grands répartis entre les bras spiraux. Le fond de l'image est sombre. — Crédit : ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee et les équipes PHANGS-JWST et PHANGS-HST

La galaxie IC5332 se trouve à 29 millions d’années-lumière, dans la constellation australe du Sculpteur. Grâce à l’instrument MIRI du télescope spatial James Webb qui est sensible dans l’infrarouge moyen, les scientifiques peuvent enfin étudier sa structure interne, qui est cachée par la poussière lorsqu’on l’observe dans la lumière visible.

L’image fournie par MIRI révèle un immense canevas de structures gazeuses, qui fait un peu penser à une toile d’araignée. Ces structures sont disposées selon le même schéma que les bras de la galaxie qu’on peut voir en lumière visible et qui font parfaitement face à la Terre. En combinant cette image à celles déjà réalisées dans les lumières visible et ultraviolette, les scientifiques complètent de façon très intéressante les données dont ils disposent pour étudier cette galaxie.

Octobre 2022 : les Piliers de la création vus sous un nouveau jour

Deux images des Piliers de la Création, une région de formation d'étoiles dans l'espace. À gauche, la vue en lumière visible de Hubble montre des piliers plus sombres qui montent du bas vers le haut de l'écran, se terminant en trois points. Le fond est opaque, rehaussé de jaune et vert vers le bas et de bleu et violet vers le haut. Une poignée d'étoiles de différentes tailles apparaissent. L'image proche infrarouge de Webb à droite montre les mêmes piliers, mais ils sont semi-opaques et de couleur rouge rouille. Les sommets des deuxième et troisième piliers sont mis en valeur dans des tons bruns plus foncés et ont des contours rouges. L'arrière-plan est coulé dans des bleus et des noirs plus foncés, et des étoiles jaunes et blanches de toutes tailles tachent toute la scène. L'image de Webb a été recadrée et tournée pour correspondre à la vue de Hubble, une grande partie du coin supérieur droit et une petite partie du coin gauche ont été laissées en noir. — Crédit : NASA, ESA, ASC, STScI

L’image des Piliers de la création prise par le télescope spatial Hubble en 2014 est aussi emblématique que son champ de galaxies lointaines (le Hubble deep field). C’est sans doute pourquoi il était difficile de résister à l’envie de tourner le télescope spatial James Webb dans la même direction ! Et voici le résultat comparatif de cette sublime région de l’espace : à gauche, l’image du télescope Hubble dans le visible et à droite, celle du télescope James Webb.

Ce champ de gaz et de poussières aux couleurs incroyables tant dans la lumière visible qu’en infrarouge, est une pouponnière d’étoiles très active. Et c’est pour cela que pointer le télescope James Webb est intéressant : sa sensibilité dans l’infrarouge facilite la mise en évidence de jeunes étoiles cachées par les poussières. Les scientifiques peuvent ainsi dénombrer plus fidèlement le nombre d’étoiles de cette pouponnière et ainsi, mieux comprendre leur processus de formation.

Novembre 2022 : un embryon d’étoile saisi au cœur d’un sablier

L'image montre un nuage multicolore en forme de sablier sur le fond noir et étoilé de l'espace. Ce nuage de poussière et de gaz est illuminé par la lumière d'une protoétoile, une étoile aux premiers stades de sa formation. Le "bulbe" supérieur du sablier est orange, tandis que le "bulbe" inférieur passe du blanc au bleu foncé. Ensemble, les deux ampoules s'étirent comme des ailes de papillon tournées à 90 degrés sur le côté. S'étendant des bulbes supérieurs et inférieurs se trouvent de longs filaments de couleur vaporeux, ressemblant presque à un feu brûlant. Au centre de la forme de sablier se trouve une petite ligne de démarcation sombre. Cette ligne est une vue de profil d'un disque protoplanétaire, un disque de matière entraîné dans une étoile au fur et à mesure de sa formation. — Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI

Au cœur de ce sablier se trouve une étoile en devenir. Un amas de gaz qui attire peu à peu la matière environnante, se comprime et devient plus chaud. À terme, cette chaleur sera tellement importante qu’une réaction de fusion nucléaire se déclenchera : l’étoile sera née ! Mais pour l’heure, elle n’en est pas encore là.

En attendant, grâce à la sensibilité dans l’infrarouge du télescope James Webb, il est possible de voir ce qui se passe à proximité : la ligne sombre en plein centre du sablier correspond au disque de poussières entourant la future étoile. Une partie de cette matière alimente l’étoile, mais plus tard, il est également possible qu’elle s’agglutine en planètes. Cette vue suscite l’intérêt des scientifiques car ils estiment qu’on voit ici un complexe étoile-planètes en formation similaire à notre Système solaire…

Mais au fait, quelle est l’origine de ce joli cône multicolore ? Il s’agit des deux zones de gaz et de poussières éclairées par la protoétoile : celle-ci éclaire au-dessus et en dessous, à l’identique de deux faisceaux de lampe torche. En effet, là où se trouve le disque sombre de poussière, la lumière ne passe pas et le gaz situé au-delà n’est donc pas éclairé. Les zones bleues du sablier contiennent de fines poussières alors que les zones orangées ont des poussières plus grosses.

Décembre 2022 : une couronne d’étoiles en formation dans la galaxie NGC7469

Cette image montre une galaxie spirale dominée par une région centrale brillante. La galaxie a des teintes bleu-violet avec des régions orange-rouge remplies d'étoiles. Un grand pic de diffraction est également visible, qui apparaît comme un motif en étoile au-dessus de la région centrale de la galaxie. Beaucoup d'étoiles et de galaxies remplissent la scène d'arrière-plan. — Crédit : ESA/Webb, NASA & CSA, L. Armus, A. S. Evans

Dans la galaxie NGC7469 située dans la constellation de Pégase, la formation de nouvelles étoiles est intense. Mais dans la lumière visible, il est difficile de quantifier cette activité car les étoiles sont cachées par la poussière.

Mais grâce aux instruments infrarouge du télescope James Webb, on peut passer derrière ce rideau occultant. En l’occurrence, cette image nous montre une spirale de jeunes étoiles (en orange-rouge) autour du centre de la galaxie. Ce centre abrite un noyau galactique très actif en raison de la présence d’un trou noir, qui en attirant la matière environnante, l’échauffe et le rend lumineux. Cette activité est aussi la raison de l’intense formation de nouvelles étoiles. D’ailleurs, le centre de la galaxie est si brillant qu’une aigrette de diffraction (l’étoile à huit branches de couleur rouge) s’est formée en réalisant l’image.

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Janvier 2023 : des molécules servant de base à la vie identifiées dans un nuage de glaces et de poussières

Image de la région centrale du nuage moléculaire sombre Chamaeleon I, qui montre principalement des traînées gazeuses bleues sur un fond sombre. Le côté supérieur gauche comporte en outre des nuages orange et blancs. Juste en dessous d'eux se trouvent quatre points de lumière brillants. Trois sont orange et un est un mélange de blanc et d'orange. Chacun de ces points a les pics de diffraction oranges à 8 points générés par l'optique du télescope James Webb. Dispersées sur toute l'image se trouvent des étoiles ou des galaxies lointaines dans des tons de rouge, d'orange et de bleu, vues comme de minuscules gouttes. — Crédit : NASA, ESA, CSA et M. Zamani (ESA). Science : M. K. McClure (Observatoire de Leiden), F. Sun (Observatoire Steward), Z. Smith (Open University) et l’équipe Ice Age ERS

Dioxyde de carbone, ammoniac, méthane : autant de molécules que l’on considère comme utiles à l’apparition de la vie. Ce sont ces molécules que le télescope spatial James Webb a trouvé dans ce nuage froid et sombre, nommé Chamaeleon I et situé à 630 années-lumières de nous.

Pourquoi est-ce intéressant ? Parce qu’on a l’habitude de considérer que ces molécules primordiales se sont formées après la naissance des étoiles. Or, des étoiles se forment dans ce nuage : dioxyde de carbone, ammoniac et méthane se sont donc formées avant elles ! Encore un nouveau sujet d’étude pour les scientifiques travaillant sur les données du télescope James Webb…

Février 2023 : gros plan sur les étoiles de l’amas globulaire M92

Crédit : NASA, ESA, ASC, A. Pagan (STScI)

L’amas globulaire M92 est un amas globulaire facile à voir dans un télescope d’amateur. Situé dans la constellation d’Hercule, il est distant de 27 000 années-lumière et est constitué de milliers de vieilles étoiles, dont certaines font partie des plus anciennes de la Voie lactée (M92 se trouve en périphérie proche de notre galaxie).

Si le télescope James Webb a été pointé sur cet amas globulaire, c’est pour démontrer sa capacité à séparer les étoiles les unes des autres grâce à ses instruments. En effet, M92 est un amas d’étoiles extrêmement dense ! Sur cette image, les plus petits points sont des étoiles très faibles en luminosité qui n’avaient pas pu être vues auparavant.

Mars 2023 : trois fois la même galaxie, à différentes dates !

Crédit : ESA/Webb, NASA et ASC, P. Kelly

Dans ce champ montrant des dizaines de galaxies lointaines, les scientifiques ont localisé un effet de lentille gravitationnelle qui a pour conséquence que nous pouvons voir trois fois un même trio de galaxies, mais à des moments différents !

C’est un gros amas de galaxies situé devant le trio de galaxies qui génère l’effet de lentille gravitationnelle, en raison de sa très forte masse et de la gravité qu’il génère. La lumière du trio est déformée et déviée autour de l’amas de galaxies, mais pas de façon uniforme, si bien que les trois zooms encadrés de blanc à droite montrent le trio à des temps différents :
– l’image du milieu montre qu’une supernova (nommée AT 2022riv) y est visible ;
– l’image du bas montre le même groupe de galaxies 320 jours plus tard, alors que la supernova a déjà disparu ;
– l’image du haut montre le trio 1000 jours après l’image du milieu.

Avril 2023 : les anneaux d’Uranus

La planète Uranus sur fond noir. La planète apparaît bleu clair avec une grande tache blanche sur le côté droit. Sur le bord de cette tache en haut à gauche se trouve une tache blanche brillante. Un autre point blanc est situé sur le côté gauche de la planète à la position 9 heures. Autour de la planète se trouve un système d'anneaux imbriqués. L'anneau le plus à l'extérieur est le plus brillant tandis que l'anneau le plus à l'intérieur est le plus faible. Contrairement aux anneaux horizontaux de Saturne, les anneaux d'Uranus sont verticaux et semblent donc entourer la planète. — Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, traitement d’image Joseph DePasquale (STSci)

Les anneaux entourant la planète gazeuse Uranus sont difficiles à saisir, seuls la sonde Voyager 2 (qui est passée tout près en 1986) et le télescope terrestre Keck situé à Hawaï avaient déjà réussi à mettre en évidence les plus faibles d’entre-eux. Maintenant, c’est au tour du télescope spatial James Webb de nous montrer onze des treize anneaux que compte la planète.

Uranus a une position particulière sur son orbite qu’elle parcourt en 84 ans : elle y est comme couchée, si bien que l’on pourrait dire qu’elle « roule » dessus ! Cela a pour conséquence que nous pouvons voir ses pôles facilement à certaines périodes. C’est le cas actuellement : l’image ci-dessus montre ainsi son pôle nord, qui correspond à la large zone blanche à droite du globe. Quant aux deux petites taches blanches à gauche et en haut au centre du globe, il s’agit de nuages.

Mai 2023 : une ceinture d’astéroïdes mise en évidence autour de l’étoile Folmalhaut

Image du disque de débris poussiéreux autour de l'étoile Fomalhaut. Sur un fond sombre s'étend un ovale incliné dans différentes nuances d'orange. Il comporte plusieurs zones, dont 3 ceintures composées d'objets analogues à des astéroïdes et des comètes. De l'extérieur vers l'intérieur, on a d'abord un anneau extérieur proéminent, puis un espace plus sombre, un anneau intermédiaire, un espace sombre plus étroit et enfin un disque intérieur jaune-orange vif. Au centre du disque interne se trouve une tache noire irrégulière, indiquant un manque de données dû à la saturation de la caméra. — Crédit : NASA, ESA, CSA, András Gáspár (Université d’Arizona), Alyssa Pagan (STScI)

C’est autour de Fomalhaut, étoile située dans la constellation du Poisson austral et visible à l’œil nu, qu’une triple ceinture d’astéroïdes et de poussières est mise en évidence pour la première fois par le télescope James Webb grâce à son instrument MIRI (qui explore l’infrarouge moyen). La ceinture externe, située à plus de 23 milliards de kilomètres de l’étoile, avait déjà été détectée précédemment, mais pas les deux ceintures internes.

Ce triple anneau suscite l’intérêt des scientifiques, car ils avaient précédemment photographié pour la première fois une exoplanète en 2008 autour de cette étoile, grâce au télescope spatial Hubble. Or, l’exoplanète a depuis disparu, et on détecte maintenant ce triple anneau de poussières et de petits corps. Les scientifiques pensent donc avoir affaire à un système solaire en formation. Il est en effet admis que lorsque les premières planètes se forment, elles sont bombardées par des corps plus petits, ce qui génère énormément de poussières et de débris qui s’accumulent en anneaux autour de l’étoile.

Juin 2023 : les molécules organiques complexes les plus éloignées de l’Univers détectées

Sur un fond noir, il y a deux objets remarquables : une galaxie au premier plan vue comme un gros point bleu vif au centre, qui est entouré d'un anneau orange montrant la découverte de molécules organiques. Près du coin supérieur gauche de l'image, il y a aussi une galaxie d'arrière-plan lointaine représentée par un petit point rouge. — Crédit : J. Spilker/S. Doyle, NASA, ESA, CSA

Sur cette image se trouvent deux galaxies. La première, en bleu et au centre, est située à environ 3 milliards d’années-lumière de nous. Elle est alignée avec une autre galaxie située bien plus loin, à 12 milliards d’années, que nous voyons sous la forme d’un anneau rouge-orangé. En effet, la très forte gravité de la galaxie la plus proche détourne et amplifie la lumière de la galaxie en arrière-plan, nous la faisant apparaître sous la forme de cet anneau : on parle d’effet de lentille gravitationnelle.

En pointant cet alignement de galaxies, le télescope James Webb y a détecté les plus anciennes molécules organiques jamais mises en évidence : elles sont de couleur orangée sur l’image. En étant situées à cette distance, cela signifie que ces molécules existaient alors que l’Univers était âgé de moins d’un milliard et demi d’années. Cette détection montre que la chimie complexe a commencé à se produire bien plus tôt dans l’histoire de l’Univers que ce que nous pensions jusque là.

L’exploration de l’Univers par le télescope James Webb ne fait que commencer…

Conçu pour fonctionner au moins 5 ans et demi, le télescope spatial James Webb n’en est qu’au début de ses découvertes. Si vous souhaitez prendre connaissance de tous les résultats présents et futurs du télescope James Webb, visitez régulièrement le site de la mission (en anglais) sur lequel on retrouve aussi les images et les explications ci-dessus.

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