Joie de la découverte : comment le télescope Webb élargit l’émerveillement du monde

Jamais auparavant l’humanité n’a vu le cosmos comme ça.

Des étoiles semblables à des diamants éblouissent au premier plan. Le gaz et la poussière s’échappant des collisions cosmiques semblent embraser le ciel dans des tons de rouge rouille. Certaines galaxies sont si profondément en arrière-plan que les astronomes disent que l’image capture leur apparence il y a peut-être 13,1 milliards d’années.

Les premières images du télescope spatial James Webb (JWST) ont été publiées par la NASA cette semaine, annonçant une nouvelle ère de l’astronomie qui promet des indices sur les mystères cosmiques qui ont longtemps intrigué les scientifiques.

Dans l’excitation suscitée par cette première rafale d’images du JWST, l’ingéniosité scientifique coïncide avec la pure joie. Non seulement les scientifiques, mais le grand public sont stupéfaits car les photos rendent l’inimaginablement distant, proche et beau.

« Les gens se demandent ce qui fait un bon astronome », explique Brant Robertson, astrophysicien à l’Université de Californie à Santa Cruz. Est-ce que vous avez un esprit pour les mathématiques, ou peut-être êtes-vous attiré par la physique ? «Honnêtement, je pense que c’est une bonne imagination. Vous devez essayer d’imaginer à quoi ressemblait l’univers, à de grandes distances, dans des environnements complètement différents de ce que sont le soleil et la Terre ou la Voie lactée. … C’est pourquoi ces images sont si importantes pour les astronomes.

Jamais auparavant l’humanité n’a vu le cosmos comme ça.

Des étoiles semblables à des diamants éblouissent au premier plan. Le gaz et la poussière s’échappant des collisions cosmiques semblent embraser le ciel dans des tons de rouge rouille. Il y a des galaxies spirales, des galaxies déformées comme de la pâte à pizza jetée en l’air, des galaxies fusionnantes et des galaxies apparaissant comme de légères taches rouges si profondément en arrière-plan que les astronomes disent que l’image capture la lumière qu’elles ont émise il y a peut-être 13,1 milliards d’années.

Les premières images du télescope spatial James Webb (JWST) ont été publiées par la NASA cette semaine, révélant la vue la plus détaillée des parties les plus profondes de notre univers à ce jour et annonçant une nouvelle ère de l’astronomie. Avec ses « yeux » infrarouges, le nouveau télescope spatial a dévoilé certains des premiers moments de l’existence de l’univers. Cette vue élargie promet de révéler des indices vitaux sur les mystères cosmiques qui ont longtemps intrigué les scientifiques.

Dans l’excitation suscitée par cette première rafale d’images du JWST, l’ingéniosité scientifique coïncide avec la pure joie. Nous avons été littéralement frappés par les étoiles alors que les photos rendent l’inimaginablement lointain, proche et beau.

« C’est amusant de pouvoir voir ces images de bébé de l’univers », déclare Brant Robertson, qui dirige le groupe de recherche en astrophysique computationnelle de l’Université de Californie à Santa Cruz, et qui est impliqué dans plusieurs programmes majeurs utilisant le JWST pour étudier les galaxies. dans l’univers primitif. « Mais ce n’est pas qu’une image. La clé pour déverrouiller cette histoire initiale, pour pouvoir écrire les premières pages de l’histoire cosmique de la formation des galaxies, est vraiment de pouvoir trouver ces objets lointains. Le JWST peut le faire.

Les astronomes du monde entier fouillent furieusement dans le premier lot de données du JWST publié avec les images. Les découvertes qu’ils publient au cours des prochains mois pourraient fondamentalement changer notre façon de comprendre notre univers. Mais ce sont les photos elles-mêmes qui peuvent inspirer des spéculations imaginatives et conduire les efforts de l’humanité pour comprendre les profondeurs du cosmos.

« Les gens se demandent ce qui fait un bon astronome », dit le Dr Robertson. Est-ce que vous avez un esprit pour les mathématiques, ou peut-être êtes-vous attiré par la physique ? «Honnêtement, je pense que c’est une bonne imagination. Vous devez essayer d’imaginer à quoi ressemblait l’univers, à de grandes distances, dans des environnements complètement différents de ce que sont le soleil et la Terre ou la Voie lactée. Comment pouvez-vous mettre votre esprit dans un endroit que vous n’avez jamais vu auparavant ? C’est pourquoi ces images sont si importantes pour les astronomes.

C’est exactement comme ça que Jacqueline Faherty a trouvé le chemin pour devenir astrophysicienne. Aujourd’hui responsable principale de l’éducation et astrophysicienne principale au Musée américain d’histoire naturelle de New York, elle attribue une première rencontre avec une photo cosmique pour l’avoir mise sur sa voie professionnelle.

Lorsque le Dr Faherty avait 18 ans, elle a vu une image prise par le télescope spatial Hubble de l’étoile supermassive Eta Carinae. La photo montre des nuages ​​de gaz et de poussière s’échappant du système stellaire éruptif. À l’époque, elle se souvient avoir pensé : « Attendez une seconde. C’est là-bas? Qu’est-ce que c’est? Je veux faire ça. Je vais comprendre ça. Et je n’ai jamais regardé en arrière.

Maintenant, le Dr Faherty se prépare à faire ses propres observations à l’aide du nouveau télescope spatial. Elle étudie les objets les plus froids qui émergent du processus de formation des étoiles et va diriger les détecteurs infrarouges du JWST vers ces mondes étranges pour examiner le contenu de leurs atmosphères, entre autres détails. Il est possible, dit le Dr Faherty, que le JWST puisse révéler des indices quant à savoir si une vie extraterrestre pourrait exister sur l’un de ces mondes froids et froids.

Suivi de la lumière infrarouge

Le JWST a été conçu pour pouvoir observer les choses les plus froides – et les plus anciennes – de l’univers. Les astronomes détectent en grande partie les objets célestes à partir du rayonnement qu’ils émettent, avec des télescopes réglés pour capter des signaux à des longueurs d’onde spécifiques. Les objets plus chauds ont tendance à émettre un rayonnement avec des longueurs d’onde plus courtes, telles que la lumière ultraviolette, tandis que les objets plus froids émettent une lumière infrarouge, qui n’est pas visible à l’œil humain.

Les objets plus éloignés de nous ont également tendance à apparaître dans l’infrarouge, car la distance entraîne un décalage de la longueur d’onde de leur lumière. Et, à mesure que l’univers s’étend, les objets les plus éloignés que nous pouvons voir sont aussi les plus anciens, leur lumière mettant des milliards d’années à atteindre les détecteurs du JWST.

« C’est pour cela que nous avons construit le télescope », a déclaré Jane Rigby, scientifique du projet opérationnel pour le JWST et astrophysicienne au laboratoire de cosmologie observationnelle du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. La première image JWST révélée par la NASA, qui contient l’amas de galaxies SMACS 0723, regarde profondément dans l’univers. On y voit des galaxies vieilles de quelques milliards d’années au premier plan et des galaxies rouges pâles « jonchées comme des bijoux » en arrière-plan nous apparaissant comme il y a 13 milliards d’années.

Cependant, les nouvelles images du JWST n’ont pas seulement révélé un premier aperçu détaillé des débuts de l’univers. Le nouveau télescope spatial a également tourné ses «yeux» infrarouges sur des objets plus proches de notre coin du cosmos pour éclairer des détails qui étaient cachés aux astronomes qui regardaient auparavant d’autres longueurs d’onde, révélant une nouvelle couche du cosmos à l’humanité.

Des images qui montrent l’avancée de Hubble

Le télescope spatial Hubble, qui a commencé son mandat il y a 32 ans, s’est concentré en grande partie sur les longueurs d’onde optiques de la lumière. Surnommé «le télescope du peuple», Hubble a introduit des images du cosmos dans la culture populaire et a suscité la curiosité de beaucoup, comme le Dr Faherty. L’une des images les plus célèbres prises par Hubble était celle des « falaises cosmiques » de la nébuleuse Carina, située à environ 7 600 années-lumière de nous. (Eta Carina est également dans cette nébuleuse.) La lueur brumeuse du gaz et de la poussière qui composent la nébuleuse est frappante contre un ciel laiteux parsemé de l’éclat des étoiles dans le image emblématique de Hubble. Mais la photo du JWST sur les « falaises cosmiques » n’est pas floue. Les bords de la nébuleuse sont nets, de nombreuses autres étoiles scintillantes apparaissent, et le gaz et la poussière de cette pépinière stellaire semblent avoir des montagnes et des vallées distinctes.

Le JWST a également capturé une nouvelle vision d’un système stellaire mourant lorsque des observations dans le proche infrarouge et dans l’infrarouge moyen ont révélé des détails sur les deux étoiles enfermées dans une danse serrée dans la nébuleuse de l’anneau sud, qui se trouve à environ 2 500 années-lumière une façon.

Dans un groupe de galaxies appelé « Stephan’s Quintet », le JWST a capturé la fusion rougeoyante de deux des cinq galaxies. Le télescope spatial a également dévoilé la signature d’un trou noir actif au cœur de l’une des galaxies, ce qui offre aux scientifiques une chance d’étudier en détail comment les trous noirs supermassifs consomment la matière qui les entoure.

De l’eau sur une exoplanète

Les quatre images ne sont pas tout ce qui a été révélé lors des premières découvertes du JWST cette semaine. La NASA a également annoncé que le télescope spatial avait capturé la signature de l’eau dans l’atmosphère d’une exoplanète géante appelée WASP-96 b, située à environ 1 150 années-lumière de la Terre. Les scientifiques ont également trouvé des preuves qu’il y a des nuages ​​et de la brume dans l’atmosphère de ce monde, démontrant la capacité du télescope spatial à scruter la chimie des exoplanètes dans la quête de trouver d’autres mondes habitables.

Le JWST n’est pas le premier télescope spatial à scruter l’infrarouge. Le télescope spatial Spitzer, qui a cessé ses activités en 2020, a également examiné cette longueur d’onde. Alors que c’était « le petit moteur qui pouvait et a fait une énorme quantité d’astronomie infrarouge », explique le Dr Faherty, le JWST a une bien meilleure résolution que Spitzer pour révéler les détails d’objets qui étaient auparavant invisibles dans les parties les plus profondes de l’univers. .

Les astronomes se penchent déjà sur les données et les images, explique le Dr Robertson. Ils utilisent les images non seulement pour s’inspirer, mais comme un outil pour contextualiser et confirmer les découvertes qu’ils font dans les données.

Rôles pour les citoyens

Le Dr Robertson lui-même a téléchargé les images dans un format avec lequel les gens peuvent zoomer et interagir, et il invite toute personne de toute formation scientifique ou non scientifique à les explorer. La majorité des données brutes sont également disponibles en ligne, et il espère que « les jeunes astronomes du monde entier pourront faire des découvertes dans ces images ».

Avec le JWST regardant toutes les profondeurs de l’univers et toutes sortes d’objets célestes différents, il y a de nombreuses découvertes à faire. Le Dr Faherty a déjà collaboré avec des scientifiques citoyens dans ses propositions de temps utilisant le JWST dans le cadre de son projet de science citoyenne Backyard Worlds: Planet Nine.

« Si vous êtes enthousiasmé par les images JWST, rejoignez un projet de science citoyenne », dit-elle, « parce que des gens comme moi trouveront un projet pour vous, et vous pourriez trouver quelque chose. »

Déjà, les images JWST trouvent leur chemin vers des téléspectateurs qui ne seraient pas habituellement intéressés par l’astronomie, ajoute le Dr Faherty. À l’avenir, « les enfants pourraient très bien se souvenir quand ils ont vu des images JWST apparaître sur Instagram ou TikTok », dit-elle. « A l’ère des médias sociaux, ces images deviennent amplifiées. »

Les astronomes disent attendre beaucoup plus du JWST, et bientôt.

« Ce qui est étonnant avec Webb, c’est la vitesse à laquelle nous pouvons faire des découvertes », a déclaré le Dr Rigby lors de l’émission de la NASA. Avec Hubble, l’imagerie du champ profond a nécessité deux semaines de travail continu, mais « avec Webb, nous avons pris cette image avant le petit-déjeuner », a-t-elle déclaré. Tout ce qui a été révélé cette semaine n’a pris qu’environ une semaine d’observation avec le JWST, a-t-elle déclaré. « Nous allons faire des découvertes comme celle-ci chaque semaine. »