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Ce que le télescope James Webb permettra d'observer

Le télescope James Webb sera le télescope spatial le plus puissant jamais construit. Fruit d'une collaboration internationale entre la NASA, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne (ASC), il sera utilisé par des astronomes du monde entier.

La puissance du télescope Webb aidera les scientifiques à découvrir d'autres mondes, comme des exoplanètes, à en apprendre davantage sur le cycle de vie des étoiles, à dresser un portrait fascinant de l'aube de l'Univers et à observer l'évolution des galaxies dans le temps.

Autres mondes

Les panaches glacés d'Encelade seront étudiés avec le télescope Webb afin de mieux comprendre l'océan liquide caché sous la croûte de glace de cette lune de Saturne. (Source : NASA/JPL.)

Webb permettra aux scientifiques d'étudier les planètes du Système solaire et d'autres systèmes planétaires à un niveau de détail inégalé. Il aidera à déterminer de quels éléments ces planètes sont constituées et à révéler si, sur ces mondes, les conditions sont favorables à la vie. Le télescope pourrait même détecter des signes de vie extraterrestre, les « biosignatures ».

Comme il sera possible d'observer l'Univers dans l'infrarouge avec le télescope spatial Webb, les scientifiques pourront aussi étudier les systèmes planétaires en formation. Ces jeunes systèmes, des « disques protoplanétaires », contiennent des poussières qui bloquent la lumière visible et qui peuvent être étudiés uniquement à l'aide d'instruments comme ceux du télescope Webb.

Des engins spatiaux ont déjà permis d'explorer de nombreux astres du Système solaire. Certains des objets les plus intrigants, particulièrement lorsqu'on cherche des formes de vie, sont les lunes de Jupiter, comme Europe, et Saturne, comme Encelade.

Europe et Encelade sont toutes deux des mondes océaniques fascinants. Leur épaisse croûte de glace cache un océan liquide qui rejette de la vapeur d'eau par des cryovolcans. Sur Titan, une autre lune de Saturne, de grands lacs de méthane sont visibles à la surface.

Au cours des dernières décennies, des astronomes ont aussi découvert des milliers d'exoplanètes, des planètes en orbite autour d'autres étoiles que le Soleil. Ces mondes diffèrent grandement les uns des autres, allant de grosses « super-Terres » rocheuses à d'immenses « Jupiters chaudes ».

Le Pr David Lafrenière de l'Université de Montréal dirige le programme NEAT (pour NIRISS Exploration of the Atmospheric diversity of Transiting exoplanets). L'instrument de fabrication canadienne NIRISS du télescope Webb servira à étudier l'atmosphère des exoplanètes.

Le cycle de vie des étoiles

Au cours de leur vie, qui peut s'étendre sur des milliards d'années, le Soleil et les autres étoiles subissent des changements extrêmes. Mieux connaître leur cycle de vie peut nous aider à mieux comprendre tout ce qui nous entoure, même les éléments qui composent notre corps.

À de nombreux stades de leur vie, les étoiles sont masquées par des nuages denses de poussières et de gaz que la lumière visible ne peut traverser. Les instruments d'observation dans l'infrarouge embarqués sur Webb pourront percer ces nuages et ces gaz, et faire la lumière sur des étapes du cycle de vie des étoiles jusqu'ici inobservées.

À mesure que les étoiles brûlent leur combustible et jusqu'à leur mort dans une immense explosion, elles créent, recyclent et redistribuent les éléments fondamentaux de l'Univers. C'est la masse d'une étoile qui détermine la façon dont sa vie prend fin.

Une étoile comme le Soleil se gonflera en une étoile géante rouge avant de souffler son enveloppe gazeuse pour laisser derrière un unique joyau : une naine blanche. Les grandes étoiles, dont la masse est plus d'une dizaine de fois supérieure à celle du Soleil, explosent en une supernova spectaculaire, laissant derrière un petit noyau très dense de neutrons – une étoile à neutrons – ou encore un trou noir.

Le télescope spatial Webb sera aussi idéal pour étudier les naines brunes et approfondir nos connaissances sur leur nature.

Comparaison de la taille d'une naine brune – infographie

Une naine brune est un astre étrange qui peut être considéré comme une « étoile ratée » : elle n'est pas assez massive pour devenir une étoile, mais est plus lourde qu'une planète. (Sources : NASA/ESA/A. Simon, GSFC de la NASA, ASC.)

Comparaison de la taille d'une naine brune - Version textuelle

Par ordre décroissant de taille : Soleil, étoile de faible masse, naine brune, Jupiter, Terre.

Il est difficile de classer les naines brunes, car elles présentent les caractéristiques à la fois des planètes et des étoiles. Elles ne sont pas assez massives pour entretenir une fusion nucléaire dans leur noyau, mais leur température est supérieure à celle des planètes et elles brillent avec éclat dans l'infrarouge.

Une équipe internationale dirigée par l'astronome canadienne Els Peeters, de l'Université Western, étudiera les régions entourant les étoiles très massives pour mieux comprendre les effets de ces étoiles sur leur environnement.

L'aube de l'Univers

On estime que le big bang, nom donné par les scientifiques aux tout premiers moments de l'Univers, s'est produit il y a 13,8 milliards d'années.

Webb, telle une machine à remonter le temps, pourra scruter le passé pour y observer les anciennes lueurs de l'aube de l'Univers, précédant même la période explorée par le télescope spatial Hubble. Grâce à son grand miroir et à ses instruments sensibles, les scientifiques obtiendront des indices importants sur certains des grands mystères de cette ère.

Le télescope Webb pourra voir aussi loin que le moment où les premiers objets lumineux (étoiles et galaxies) se sont formés, à l'aube de l'Univers. (Sources : STScI, ASC.)

Ce que le télescope James Webb permettra d'observer - Version textuelle

L'infographie montre l'observation de l'Univers jusqu'à son passé lointain avec le télescope spatial James Webb. À partir du plus récent : 9 milliards d'années, formation du Soleil; quelques milliards d'années, ère des quasars, réionisation de l'hélium; quelques centaines de millions d'années, premières galaxies, réionisation de l'hydrogène; âge des ténèbres; big bang.

La lumière émise par les astres prend du temps pour voyager dans l'espace. Elle se déplace à une vitesse constante de 300 000 km par seconde. La lumière que nous observons sur la Terre, qui provient d'étoiles et de galaxies éloignées, peut être très ancienne en raison du temps qu'elle prend pour se rendre jusqu'à nous.

Par exemple, la lumière du Soleil prend huit minutes pour se rendre à la Terre, ce qui signifie que nous voyons le Soleil tel qu'il était il y a huit minutes. Nous pouvons donc dire que le Soleil se situe à huit « minutes-lumière » de la Terre. De même, quand nous regardons une galaxie distante de 10 milliards d'années-lumière, nous la voyons telle qu'elle était il y a 10 milliards d'années.

Les galaxies dans le temps

Tout au début de l'Univers, les galaxies étaient très actives. Elles entraient en collision fréquemment et les étoiles s'y formaient à un rythme élevé.

Les premières galaxies formées brillaient avec beaucoup d'éclat dans l'ultraviolet et dans la partie visible du spectre. En raison d'un phénomène appelé « décalage vers le rouge », cette lumière a été décalée dans le spectre de l'infrarouge et, quand elle arrive à nous, elle n'est donc plus visible pour l'œil humain. Les instruments du télescope Webb sensibles à l'infrarouge seront extrêmement utiles pour étudier ces premières galaxies et accroître nos connaissances sur leur évolution.

Les télescopes spatiaux permettent aux astronomes d'avoir une meilleure compréhension de l'évolution des galaxies dans le temps.

Jusqu'au début du 20e siècle, on considérait que notre galaxie, la Voie lactée, constituait un « univers-île » isolé. Puis, en , l'astronome Edwin Hubble a démontré que la grande nébuleuse d'Andromède se trouvait hors de la Voie lactée et était en fait une galaxie, dévoilant ainsi l'immensité de l'Univers composé d'innombrables galaxies.

Beaucoup plus tard, le télescope spatial Hubble a permis d'observer les galaxies visibles dans les « champs profonds » de l'Univers, 500 millions d'années après le big bang. À l'aide de ces images, les astronomes ont pu établir que les galaxies avaient énormément changé au cours de l'histoire de l'Univers.

Webb permettra d'explorer encore plus loin et d'approfondir nos connaissances sur l'évolution des premières galaxies au fil du temps.

Sur cette image – le champ ultraprofond du télescope Hubble – se trouvent 10 000 des galaxies les plus lointaines jamais observées par un télescope optique. (Sources : NASA/ESA/H. Teplitz et M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer et Z. Levay (STScI), R. Windhorst (ASU).)

Les instruments du télescope spatial Webb pourront aussi décomposer la lumière des galaxies pour étudier les éléments et les processus qui ont conduit à leur formation et à leur évolution. Les scientifiques examineront certaines des portions les plus énigmatiques des galaxies, comme les trous noirs supermassifs au centre des galaxies et la mystérieuse matière sombre qui semble être partout dans l'espace, sans émettre de lumière.

Une équipe canadienne dirigée par Chris Willott du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du Conseil national de recherches du Canada réalisera le programme CANUCS (pour CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) qui vise à étudier les galaxies les plus précoces et les premiers amas de galaxies à l'aide de l'instrument canadien NIRISS embarqué sur le télescope spatial Webb.

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