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Nouvelles - Télescope spatial James Webb

Une observation détaillée avec l'imageur canadien NIRISS révèle de la vapeur dans l'atmosphère d'une planète lointaine

Une observation détaillée avec l'imageur canadien NIRISS révèle de la vapeur dans l'atmosphère d'une planète lointaine
Version textuelle - Expoplanète géante gazeuse chaude WASP-96 b - Composition de l'atmosphère

Spectre de transmission réalisé à partir d'une seule observation avec l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de Webb qui révèle des caractéristiques de l'atmosphère de la géante gazeuse chaude WASP-96 b.  

On obtient un spectre de transmission en comparant la lumière stellaire filtrée par l'atmosphère d'une planète qui passe devant son étoile à celle non filtrée détectée quand la planète est à côté de son étoile. Chacun des 141 points de données (points blancs) sur ce graphique représente la quantité d'une longueur d'onde précise bloquée par la planète et absorbée par son atmosphère.

Dans cette observation, les longueurs d'onde détectées par le NIRISS vont de 0,6 micromètre (rouge) à 2,8 micromètres (proche infrarouge). La quantité de lumière stellaire bloquée varie d'environ 13 600 parties par million (1,36 %) à 14 700 parties par million (1,47 %).

Les chercheurs sont capables de détecter les principaux gaz dans l'atmosphère d'une planète et d'en mesurer la quantité en se basant sur le modèle d'absorption – l'emplacement et la hauteur des pics sur le graphique : chaque gaz absorbe la lumière dans des longueurs d'onde bien particulières. La température de l'atmosphère peut être calculée en partie en fonction de la hauteur des pics : des pics élevés indiquent une température élevée. D'autres caractéristiques, comme la présence de brume et de nuages, peuvent être déduites en fonction de la forme globale de différentes parties du spectre.  

Les lignes grises au-dessus et au-dessous de chaque point de données indiquent les marges d'erreur de chaque mesure ou la plage raisonnable de valeurs réelles possibles. Pour une seule observation, l'erreur sur ces mesures est remarquablement faible.

La ligne bleue est une courbe d'ajustement qui tient compte des données, des propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (p. ex. la taille, la masse, la température) et des caractéristiques supposées de l'atmosphère. Les chercheurs peuvent modifier les paramètres de la courbe d'ajustement – en changeant certaines caractéristiques inconnues comme la hauteur des nuages dans l'atmosphère et la quantité de divers gaz – pour qu'elle permette de mieux comprendre à quoi ressemble vraiment l'atmosphère. La différence entre la courbe d'ajustement montrée ici et les données témoigne simplement du travail subséquent nécessaire à l'analyse et à l'interprétation des données et des caractéristiques de la planète. 

Il faudra plus de temps pour effectuer l'analyse complète du spectre, mais il est possible de tirer un certain nombre de conclusions préliminaires. Les pics marqués dans le spectre indiquent la présence de vapeur d'eau. La hauteur de ces pics, inférieure à ce que l'on attendait d'après des observations antérieures, est la preuve de la présence de nuages qui masquent les caractéristiques de la vapeur d'eau. La diminution progressive du gradient spectral à gauche (longueurs d'onde plus courtes) indique une éventuelle brume. La hauteur des pics ainsi que d'autres caractéristiques du spectre servent à calculer la température atmosphérique, estimée à environ 1350 °F (725 °C).  

C'est le spectre de transmission dans le proche infrarouge le plus détaillé jamais obtenu de l'atmosphère d'une exoplanète, le premier qui inclut des longueurs d'onde de plus de 1,6 micromètre à une résolution et d'une précision aussi élevées, et le premier à couvrir d'un coup toutes les longueurs d'onde de 0,6 micromètre (lumière rouge visible) à 2,8 micromètres (proche infrarouge). La rapidité avec laquelle les chercheurs ont pu proposer des interprétations fiables du spectre témoigne aussi de la qualité des données. 

L'observation a été faite dans le mode de spectroscopie sans fente sur un seul objet de NIRISS, où est capté le spectre d'un seul objet brillant à la fois, comme l'étoile WASP-96, dans le champ de vision. 

WASP-96 b est une géante gazeuse chaude en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil à environ 1150 années-lumière dans la constellation du Phénix. La planète se trouve très près de son étoile (moins du vingtième de la distance entre la Terre et le Soleil) : il faut moins de 3,5 jours terrestres pour faire une révolution. La découverte de la planète, basée sur des observations au sol, a été annoncée en . L'étoile WASP-96 est un peu plus vieille que le Soleil, mais elle a environ la même taille, la même masse, la même température et la même couleur.

La représentation de WASP-96 b et de son étoile derrière le graphique est une vue d'artiste basée sur ce qu'on comprend actuellement de la planète à partir des données spectroscopiques de NIRISS et des observations antérieures effectuées au sol et dans l'espace. Le télescope Webb n'a pas capté directement une image de la planète ou de son atmosphère.

Le NIRISS a été fourni par l'Agence spatiale canadienne. L'instrument a été conçu et construit par Honeywell en collaboration avec l'Université de Montréal et le Conseil national de recherches du Canada.

Source : NASA/ESA/ASC/STScI.

Le télescope spatial James Webb a capté la signature distincte de l'eau et obtenu des preuves de nuages et de brume dans l'atmosphère d'une géante gazeuse chaude en orbite autour d'une étoile lointaine semblable au Soleil.

Cette observation qui révèle la présence de molécules de gaz précises basées sur d'infimes diminutions de la luminosité de couleurs précises de la lumière est la plus détaillée de ce type à ce jour. Elle démontre la capacité inédite de Webb à analyser l'atmosphère de planètes à des centaines d'années-lumière.

Le télescope spatial Hubble, depuis une vingtaine d'années, a analysé l'atmosphère de plusieurs exoplanètes, la première détection claire de l'eau remontant à . Cependant, l'observation très détaillée toute récente de Webb constitue un pas de géant dans la quête visant à caractériser des planètes potentiellement habitables autres que la Terre.

Plus de 5000 exoplanètes ont été confirmées dans la Voie lactée : WASP-96 b est l'une d'entre elles. Située à environ 1150 années-lumière dans la constellation du Phénix, dans le ciel austral, cette géante gazeuse n'a pas d'équivalent direct dans le Système solaire. D'une masse inférieure à la moitié de celle de Jupiter et d'un diamètre 1,2 fois supérieur, WASP-96 b est beaucoup moins dense que n'importe quelle planète en orbite autour du Soleil. Elle est aussi beaucoup plus chaude : sa température s'élève à plus de 1000 °F (538 °C). WASP-96 b suit une orbite très proche de son étoile semblable au Soleil, équivalant à un neuvième à peine de la distance entre Mercure et le Soleil. Il lui faut 3,5 jours terrestres pour faire une révolution.

Grande taille, courte période orbitale, atmosphère peu dense et absence de lumière provenant d'objets à proximité, voilà ce qui fait de WASP-96 b une cible idéale pour l'observation de son atmosphère.

Le , l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de Webb a mesuré la lumière du système WASP-96 pendant 6,4 heures pendant que la planète passait devant l'étoile. Le résultat est une courbe de lumière montrant la diminution globale de la luminosité de l'étoile pendant le transit et un spectre de transmission révélant le changement de luminosité de longueurs d'onde particulières de l'infrarouge entre 0,6 et 2,8 micromètres.

Alors que la courbe de lumière confirme des propriétés de la planète (existence, taille et orbite) déjà déterminées à partir d'autres observations, le spectre de transmission, quant à lui, révèle des détails de l'atmosphère jusqu'alors jamais observés : la signature distincte de l'eau, des signes de la présence de brume et la preuve de la présence de nuages, ces derniers ayant été considérés comme inexistants antérieurement.

Le spectre de transmission révèle des détails de l'atmosphère jusqu'alors jamais observés
Version textuelle - Expoplanète géante gazeuse chaude WASP-96 b - Courbe de la lumière lors du transit

Cette courbe de lumière de NIRISS montre la variation de luminosité du système de WASP-96 au fil du transit de la planète. Un transit se produit quand une planète en orbite passe entre l'étoile et le télescope, bloquant ainsi une partie de la lumière de l'étoile. L'observation a été faite dans le mode de spectroscopie sans fente sur un seul objet de NIRISS, où est capté le spectre d'un seul objet brillant à la fois, comme l'étoile WASP-96, dans le champ de vision. 

Pour collecter ces données, le télescope Webb a été pointé fixement sur le système de WASP-96 pendant 6 heures et 23 minutes, à partir d'environ 2 heures et demie avant le transit jusqu'à environ 1 heure et demie après. Le transit lui-même a duré un peu moins de 2 heures et demie. La courbe comprend un total de 280 mesures de luminosité distinctes, une toutes les 1,4 minute.

Comme l'observation a été faite avec un spectrographe, qui diffracte la lumière en centaines de longueurs d'onde distinctes, chacun des 280 points du graphique représente la luminosité combinée de milliers de longueurs d'onde de lumière infrarouge.

La diminution réelle de luminosité causée par la planète est extrêmement faible : la différence entre les points les plus lumineux et les points les plus sombres est inférieure à 1,5 %. Le NIRISS est idéal pour ce type d'observation, car il possède la capacité d'observer des cibles relativement lumineuses au fil du temps ainsi que la sensibilité requise pour mesurer de si petites variations de luminosité. Dans cette observation, l'instrument a pu mesurer des différences de luminosité aussi faibles que 0,02 %.

L'existence, la taille, la masse et l'orbite de la planète ont déjà été déterminées à partir d'observations antérieures de transits, mais cette courbe de la lumière lors du transit peut être utilisée pour confirmer ou affiner les mesures existantes telles que le diamètre de la planète, le moment du transit et les propriétés orbitales de la planète. 

WASP-96 b est une géante gazeuse chaude en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil à environ 1150 années-lumière dans la constellation du Phénix. La planète se trouve très près de son étoile (moins du vingtième de la distance entre la Terre et le Soleil) : il faut moins de 3,5 jours terrestres pour faire une révolution. La découverte de la planète, basée sur des observations au sol, a été annoncée en

La représentation de WASP-96 b et de son étoile derrière le graphique est une vue d'artiste basée sur ce qu'on comprend actuellement de la planète à partir des données spectroscopiques de NIRISS et des observations antérieures effectuées au sol et dans l'espace. Le télescope Webb n'a pas capté directement une image de la planète ou de son atmosphère.

Le NIRISS a été fourni par l'Agence spatiale canadienne. L'instrument a été conçu et construit par Honeywell en collaboration avec l'Université de Montréal et le Conseil national de recherches du Canada.

Source : NASA/ESA/ASC/STScI.

On obtient un spectre de transmission en comparant la lumière stellaire filtrée par l'atmosphère d'une planète qui passe devant son étoile à celle non filtrée détectée quand la planète est à côté de son étoile. Les chercheurs sont capables de détecter les principaux gaz dans l'atmosphère d'une planète et d'en mesurer la quantité en se basant sur le modèle d'absorption – l'emplacement et la hauteur des pics sur le graphique. Tout comme chacun d'entre nous a des empreintes digitales et une séquence d'ADN distinctes, les atomes et les molécules absorbent des longueurs d'onde bien particulières.

Le spectre de WASP-96 b capté par le NIRISS n'est pas seulement le spectre de transmission dans le proche infrarouge le plus détaillé jamais obtenu de l'atmosphère d'une exoplanète, mais il couvre aussi beaucoup de longueurs d'onde, y compris la lumière rouge visible et une partie du spectre auparavant inaccessible avec d'autres télescopes (longueurs d'onde supérieures à 1,6 micromètre). Cette partie du spectre est particulièrement pertinente pour la détection de l'eau et d'autres molécules clés, comme l'oxygène, le méthane et le dioxyde de carbone. Celles-ci ne sont pas évidentes d'emblée dans le spectre WASP-96 b, mais elles devraient être détectables dans celui d'autres exoplanètes dont l'observation est prévue avec Webb.

Les chercheurs pourront utiliser le spectre pour mesurer la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère, limiter divers éléments abondants comme le carbone et l'oxygène et estimer avec justesse la température de l'atmosphère. Ils pourront ensuite se servir de ces renseignements pour tirer des conclusions sur la constitution de la planète dans son ensemble ainsi que sur la manière, le moment et l'endroit où elle s'est formée. La ligne bleue sur le graphique est une courbe d'ajustement qui tient compte des données, des propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (p. ex. la taille, la masse, la température) et des caractéristiques supposées de l'atmosphère.

La précision et la clarté exceptionnelles de ces mesures sont possibles grâce à la conception de pointe de Webb. Son miroir plaqué or de 270 pi² (25 ) capte efficacement le rayonnement infrarouge. Ses spectrographes de précision diffractent la lumière en arcs-en-ciel de milliers de couleurs infrarouges. En outre, ses détecteurs infrarouges sensibles mesurent des différences de luminosité extrêmement ténues. Le NIRISS est capable de détecter des différences de couleur d'environ un millième de micromètre seulement (la différence entre le vert et le jaune est d'environ 50 millièmes de micromètre) et des écarts de luminosité entre ces couleurs de quelques centaines de parties par million.

De plus, l'extrême stabilité de Webb et son emplacement orbital autour du point de Lagrange L2, loin (environ 1 500 000 km) des effets perturbateurs de l'atmosphère terrestre, permettent des observations ininterrompues et des données nettes qui peuvent être analysées relativement rapidement.

Le spectre extraordinairement détaillé – réalisé par l'analyse simultanée de 280 spectres distincts captés au cours de l'observation – ne donne qu'une petite idée de ce que Webb nous réserve pour la recherche sur les exoplanètes. Dans l'année qui vient, les chercheurs feront appel à la spectroscopie pour analyser la surface et l'atmosphère de plusieurs dizaines d'exoplanètes, des petites planètes rocheuses aux géantes gazeuses et aux géantes de glace. Près du quart du temps d'observation du Cycle 1 avec Webb est consacré à l'étude des exoplanètes et de la matière qui les compose.

Cette observation réalisée avec le NIRISS démontre que le télescope Webb possède la puissance nécessaire pour caractériser l'atmosphère d'exoplanètes, y compris celle de planètes potentiellement habitables, à un niveau de détail inégalé.

Le télescope spatial James Webb est le plus grand observatoire spatial du monde. Il permettra de résoudre des mystères du Système solaire, d'observer des mondes lointains autour d'autres étoiles et de sonder les structures et les origines mystérieuses de l'Univers et de la place que nous y occupons. Le télescope Webb est une mission internationale de la NASA menée en collaboration avec ses partenaires, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne.

Le NIRISS a été fourni par l'Agence spatiale canadienne. L'instrument a été conçu et construit par Honeywell en collaboration avec l'Université de Montréal et le Conseil national de recherches du Canada.

Texte abrégé reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

La NASA publie la liste des cibles cosmiques des premières images scientifiques du télescope Webb

Sources : NASA, STScI.

La NASA, en partenariat avec l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne (ASC), publiera prochainement les premières images scientifiques en couleur et données spectroscopiques obtenues avec le télescope spatial James Webb, qui fournissent des vues détaillées et sans précédent de l'Univers.

Les images des corps célestes ciblés pour les observations initiales avec Webb (énumérés ci-après) seront publiées en direct par la NASA à partir de 10 h 30 (HE) le . L'annonce sera aussi retransmise sur la chaine YouTube et la page Facebook de l'ASC.

Ce sont les toutes premières images scientifiques en couleur et le premier spectre obtenus avec l'observatoire. Elles ont été sélectionnées par un comité international composé de représentants de la NASA, de l'ESA, de l'ASC et du Space Telescope Science Institute.

  • Nébuleuse de la Carène. La nébuleuse de la Carène est l'une des nébuleuses les plus grandes et les plus brillantes du ciel. Elle est située à environ 7600 années-lumière dans la constellation australe de la Carène. Les nébuleuses sont des pouponnières d'étoiles. De nombreuses étoiles massives plusieurs fois plus grosses que le Soleil se trouvent dans la nébuleuse de la Carène.
  • WASP-96 b (spectre). L'exoplanète WASP-96 b est une géante gazeuse située à près de 1150 années-lumière de distance. Elle fait le tour de son étoile en 3,4 jours. Sa masse équivaut à environ la moitié de celle de Jupiter. Sa découverte a été annoncée en .
  • Nébuleuse de l'Anneau austral. La nébuleuse de l'Anneau austral est une nébuleuse planétaire, un nuage de gaz en expansion autour d'une étoile mourante. Son diamètre fait presque une demi-année-lumière. Elle se trouve à environ 2000 années-lumière.
  • Le Quintette de Stephan. Situé à environ 290 millions d'années-lumière, le Quintette de Stephan se trouve dans la constellation de Pégase. C'est le premier groupe compact de galaxies découvert. Quatre de ces cinq galaxies font une « danse cosmique », où elles vont et viennent près les unes des autres de façon répétée.
  • SMACS 0723. Quand ils sont à l'avant-plan lors d'observations, les amas de galaxies massifs amplifient et déforment la lumière des objets qui se trouvent derrière eux. Ils permettent ainsi de sonder les profondeurs du cosmos pour observer des galaxies très éloignées et aussi des galaxies dont la luminosité est intrinsèquement faible.

La publication de ces images et de ces spectres marque le début officiel de l'exploitation scientifique de Webb.

Le télescope spatial James Webb est le plus grand observatoire spatial du monde. Il permettra de résoudre des mystères du Système solaire, d'observer des mondes lointains autour d'autres étoiles et de sonder les structures et les origines mystérieuses de l'Univers et de la place que nous y occupons.

Texte abrégé reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Une image du FGS donne un aperçu de la puissance du télescope Webb

Cette image a été acquise avec le détecteur de guidage de précision parallèlement à l'imagerie réalisée avec l'imageur NIRCam de l'étoile HD147980 lors d'un essai technique d'une durée de huit jours au début de mai. Elle est le résultat de 32 heures d'exposition où l'orientation du capteur 2 a été modifiée plusieurs fois pour réaliser un chevauchement des observations. Celles-ci n'ont pas été optimisées pour détecter les objets de faible luminosité, mais l'image révèle néanmoins des objets de très faible luminosité. Pour le moment, c'est l'image la plus profonde de l'Univers dans l'infrarouge. Le détecteur de guidage est utilisé sans filtre dans la longueur d'onde de 0,6 à 5 micromètres, ce qui contribue à cette extrême sensibilité. De fausses couleurs – blanc, jaune, rouge – sont appliquées à l'image monochrome pour représenter la luminosité, de la plus forte à la plus faible. Le nom de l'étoile brillante (magnitude de 9,3) sur le côté droit est 2MASS 16235798+2826079. Seules quelques étoiles figurent sur cette image, reconnaissables par leurs pointes de diffraction. Tous les autres objets sont des milliers de galaxies de faible luminosité : certaines sont assez proches, mais la grande majorité d'entre elles sont très éloignées, aux confins de l'Univers en expansion accélérée. (Sources : NASA, ASC, équipe chargée du FGS.)

Le détecteur de guidage de précision (FGS) du télescope Webb mis au point par l'Agence spatiale canadienne (ASC) – qui pointe fixement sur des cibles célestes après les avoir détectées – a capté récemment une image d'étoiles et de galaxies qui donne un aperçu de ce que les instruments scientifiques du télescope révèleront dans les semaines, les mois et les années à venir.

Il a toujours été possible de capter des images avec le FGS, mais il sert principalement à garantir l'obtention de mesures et d'images scientifiques précises. Généralement, les images du FGS ne sont pas conservées : la bande passante entre le point de Lagrange L2 et la Terre étant limitée, le télescope Webb ne transmet les données que de deux instruments scientifiques à la fois, tout au plus. Mais au cours de la semaine de mai où s'est déroulé un essai de stabilité, l'équipe s'est rendu compte que ces images pourraient être conservées en raison de la bande passante disponible.

Cette image captée lors de l'essai technique est un peu brouillonne, car elle n'a pas été optimisée comme dans le cas d'une observation scientifique. Les données visaient en réalité à vérifier dans quelle mesure le télescope pouvait pointer bien fixement sur une cible. L'image témoigne néanmoins de la puissance du télescope. Elle présente en outre quelques caractéristiques des images produites par le télescope Webb au cours de la mise en service. Les étoiles brillantes se distinguent par leurs six longues pointes de diffraction bien définies, un effet dû aux miroirs hexagonaux du télescope. Des galaxies occupent la quasi-totalité de l'arrière-plan.

Selon les scientifiques chargés du télescope Webb, c'est l'une des images les plus profondes de l'Univers jamais prises, résultat de 72 expositions sur 32 heures. Vu que le FGS n'a pas de filtres de couleur comme les autres instruments scientifiques, il est alors impossible de procéder à une analyse scientifique rigoureuse qui permettrait de déterminer l'âge des galaxies sur cette image. Pourtant, force est de constater que le télescope Webb peut produire des images sensationnelles du cosmos, même quand elles ne sont pas planifiées.

« Comme les images captées avec le télescope Webb étaient encore meilleures que prévu, nous avons quelque peu défocalisé les imageurs au début de la mise en service pour voir à ce qu'ils satisfassent aux normes de rendement. Après que cette image a été prise, j'ai trouvé extraordinaire de voir clairement le niveau de détail dans la structure de ces galaxies de faible luminosité. Vu ce que nous savons maintenant des possibilités de l'imagerie à large bande du détecteur de guidage, peut-être que de telles images prises parallèlement à d'autres observations, quand c'est possible, pourraient avoir un jour une valeur scientifique », a déclaré Neil Rowlands, scientifique chargé du programme du FGS chez Honeywell Aerospace.

Cette image du FGS a été colorisée dans des teintes de rouge comme dans le cas des autres images techniques prises lors de la mise en service. En outre, il n'y a pas eu de « juxtaposition » pendant ces expositions. On parle de « juxtaposition » quand la position du télescope est légèrement modifiée entre chaque exposition. Par ailleurs, les étoiles brillantes sont noires au centre parce qu'elles saturent les capteurs du télescope Webb et que le pointage du télescope n'a pas été modifié au cours des expositions pour capter le centre sous des pixels différents. Le chevauchement des images des différentes expositions est visible aussi sur les bords et dans les coins.

L'essai technique avait pour but de pointer fixement sur une étoile et de tester la mesure dans laquelle le télescope Webb pouvait agir sur son « roulis », c'est-à-dire sa capacité à pivoter sur son axe central comme un avion en vol. L'essai, en plus d'avoir été concluant, a permis de produire une image qui a enflammé l'imagination des chercheurs qui analyseront les données scientifiques de Webb.

Ce sont les quatre instruments scientifiques de Webb qui, en définitive, révèleront l'Univers sous un tout nouveau jour, mais le FGS est le seul élément qui sera utilisé pour toutes les observations effectuées au cours de la durée de la mission. Il a déjà joué un rôle crucial dans l'alignement du système optique de Webb. Et maintenant, à partir de la mi-juillet où commencera l'exploitation scientifique, comme pour les premières observations scientifiques réalisées en juin, il guidera le télescope Webb vers sa cible et maintiendra sa stabilité pour assurer la précision nécessaire à chacune des observations qui mèneront à des découvertes révolutionnaires sur les étoiles, les exoplanètes, les galaxies et même des cibles mobiles dans le Système solaire.

Texte abrégé reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

L'instrument canadien NIRISS fin prêt à observer le cosmos dans plus de 2000 nuances de rayonnement infrarouge

L'instrument canadien NIRISS fin prêt à disperser la lumière stellaire

Image de test obtenue avec le NIRISS en mode SOSS pendant qu'il cible une étoile brillante. Chaque couleur correspond à une longueur d'onde précise dans l'infrarouge comprise entre 0,6 et 2,8 micromètres. Les lignes noires dans les spectres sont la signature des atomes d'hydrogène présents dans l'étoile. Le NIRISS est une contribution de l'Agence spatiale canadienne. Il fournit des capacités d'observation uniques en complément des autres instruments embarqués sur le télescope Webb. (Sources : NASA, ASC et l'équipe NIRISS/Loïc Albert/Université de Montréal.)

Le NIRISS de l'Agence spatiale canadienne, l'un des quatre principaux instruments scientifiques du télescope spatial James Webb, est maintenant fin prêt pour les observations astronomiques.

Le dernier mode d'observation du NIRISS qui a été vérifié avant que l'équipe chargée de la mission déclare l'instrument prêt pour les observations est le mode de spectroscopie sans fente sur un seul objet (SOSS). Au cœur de ce mode d'observation : un assemblage spécialisé de prismes qui disperse la lumière stellaire en trois spectres (arcs-en-ciel) distincts. Ainsi, le rayonnement infrarouge est collecté lors d'une seule observation en plus de 2000 nuances. C'est ce mode qui servira à sonder l'atmosphère des exoplanètes en transit, c'est-à-dire des planètes qui éclipsent périodiquement leur étoile, dont la luminosité diminue alors pendant un certain temps. En comparant avec grande précision les spectres recueillis pendant et avant ou après un transit, on peut déterminer non seulement si l'exoplanète possède une atmosphère, mais aussi, si c'est le cas, de quels atomes et molécules elle est constituée.

Maintenant que la mise en service du NIRISS est terminée, l'équipe chargée du télescope Webb verra à terminer la vérification des cinq modes d'observation restants sur les autres instruments. Le télescope spatial James Webb de la NASA est le fruit d'un partenariat avec l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne. Les premières images en couleur et données spectroscopiques seront rendues publiques le .

Le texte abrégé est reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Les premières images du télescope spatial James Webb bientôt disponibles

Vue d'artiste du télescope spatial James Webb

Vue d'artiste du télescope spatial James Webb. (Source : NASA.)

Les premières images en couleur et les premières données spectroscopiques du télescope spatial James Webb seront publiées le . La publication officielle des images et des données révèlera toutes les capacités scientifiques du télescope Webb.

Il a fallu plus de cinq ans, dans le cadre d'un partenariat international entre la NASA, l'Agence spatiale européenne (ESA), l'Agence spatiale canadienne (ASC) et le Space Telescope Science Institute (STScI), pour décider quelles seraient les premières observations faites avec le télescope Webb. C'est au STScI, à Baltimore, que seront supervisées les opérations scientifiques de la mission.

Les premières images et observations spectroscopiques seront réalisées une fois que chacun des instruments du télescope Webb aura été étalonné et testé, y compris l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de l'ASC, et que les équipes scientifique et technique auront donné le feu vert. Ces experts pointeront le télescope Webb sur des cibles préétablies, puis transmettront les données à l'équipe de production, qui les transformera en images pour les astronomes et le public.

En plus de capter des images, le télescope Webb collectera des données spectroscopiques. Les astronomes peuvent tirer beaucoup d'informations détaillées du spectre électromagnétique. Le premier lot d'images sera axé sur les objectifs scientifiques à l'origine et au cœur de la mission : l'Univers primordial, l'évolution des galaxies au fil du temps, le cycle de vie des étoiles et les exoplanètes. Toutes les données de mise en service du télescope Webb – les données recueillies lors de l'alignement du télescope et de la préparation des instruments – seront aussi rendues publiques.

Une fois les premières images captées, les programmes d'observation initiaux avec le télescope spatial James Webb commenceront. C'est ce que les astronomes appellent « le premier cycle d'observations » : c'est le début officiel de la mission scientifique. Des chercheurs canadiens seront parmi les premiers à se servir du télescope Webb pour faire des découvertes sur l'Univers. Des équipes ont déjà été sélectionnées dans le cadre d'un processus concurrentiel et ont obtenu du temps d'observation au télescope lors du premier cycle d'observations.

Le télescope spatial James Webb est l'observatoire spatial le plus puissant du monde. Il permettra de résoudre des mystères du Système solaire, d'observer des exoplanètes ainsi que de sonder les structures et les origines mystérieuses de l'Univers et de la place que nous y occupons. Cette mission internationale est dirigée par la NASA et réalisée avec ses partenaires, l'ESA et l'ASC.

Le texte abrégé est reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Mise au point du télescope Webb terminée : début de la mise en service des instruments

Vérification de la netteté des images (avec détails) du télescope Webb pour NIRSpec, NIRCam, MIRI, le détecteur de guidage de précision et NIRISS

Source : NASA/STScI.

L'alignement des miroirs du télescope spatial James Webb est maintenant terminé. Un examen complet de l'observatoire a établi qu'il est en mesure capter des images nettes, parfaitement mises au point, avec chacun de ses quatre puissants instruments scientifiques, dont le NIRISS de l'Agence spatiale canadienne (ASC). La toute dernière série de préparatifs peut commencer. La mise en service consiste à préparer et à tester les instruments en vue des programmes d'observation qui débuteront cet été. Ce processus devrait prendre deux mois.

Une série d'images montrant le champ de vision complet du télescope Webb confirment l'alignement des instruments.

Les miroirs de Webb réfléchissent maintenant la lumière captée depuis l'espace de manière précise vers les instruments, qui la captent à leur tour pour produire des images. La qualité des images est la meilleure possible compte tenu de la taille du télescope.

Vérification de la netteté des images du télescope Webb

Les images techniques d'étoiles très nettes dans le champ de vision de chaque instrument confirment que le télescope est parfaitement aligné et mis au point. Pour ce test, le télescope Webb a été pointé vers une partie du Grand Nuage de Magellan, une petite galaxie satellite de la Voie lactée. Ici, tous les instruments de l'observatoire captent la lumière de centaines de milliers d'étoiles. La taille et la position des images présentées ici sont fidèles à la disposition relative de chacun des instruments de Webb dans le plan focal du télescope, chacun pointant vers une partie du ciel légèrement décalée par rapport à une autre. Les trois imageurs de Webb sont le NIRCam (images montrées ici à une longueur d'onde de 2 micromètres), le NIRISS (image montrée ici à 1,5 micromètre) et le MIRI (image montrée à 7,7 micromètres, cette longueur d'onde plus grande révélant l'émission de la lumière des nuages interstellaires et des étoiles). Le NIRSpec est un spectrographe plutôt qu'un imageur, mais il peut aussi produire des images, comme celle présentée ici à une longueur d'onde de 1,1 micromètre, pour l'étalonnage et l'acquisition de cibles. Les régions sombres visibles dans certaines parties des données du NIRSpec sont dues aux structures mêmes de son réseau de centaines de milliers de microobturateurs qui peuvent être ouverts ou fermés pour sélectionner la lumière transmise au spectrographe. Enfin, le détecteur de guidage de précision de Webb fourni par l'ASC pointe l'observatoire vers des étoiles guides avec une extrême précision. Ses deux capteurs ne sont généralement pas utilisés pour l'imagerie scientifique, mais ils peuvent prendre des images d'étalonnage telles que celles présentées ici. Toutes ces données sont utilisées non seulement pour évaluer la netteté des images, mais aussi pour mesurer et étalonner avec précision les fines distorsions des images et les alignements entre les capteurs dans le cadre du processus global d'étalonnage des instruments de Webb. (Source : NASA/STScI.)

L'équipe de la mission Webb se consacrera maintenant à la mise en service des instruments scientifiques. Chaque instrument est un ensemble ultrasophistiqué de détecteurs équipés de lentilles, de masques, de filtres et de matériel spécialement adapté qui contribuent à la réalisation des activités scientifiques pour lesquelles il a été conçu. Les caractéristiques spécialisées des instruments seront configurées et exploitées de diverses façons au cours de la mise en service afin de confirmer en tous points qu'ils sont prêts pour les observations astronomiques.

Dans le cadre de la mise en service des instruments scientifiques, le télescope sera pointé vers différentes zones du ciel pour exposer l'observatoire à diverses quantités de rayonnement solaire afin de démontrer sa stabilité thermique lors des changements de cible. En outre, des observations de routine, tous les deux jours, permettront de vérifier l'alignement des miroirs et, s'il y a lieu, d'appliquer les corrections nécessaires.

Le texte abrégé est reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Télescope Webb : étape cruciale de l'alignement des miroirs franchie, élément optique en parfait état de marche

Webb – Image servant à évaluer l'alignement du télescope

L'étoile brillante au centre de l'image, du nom de 2MASS J17554042+6551277, était le seul point de mire de l'évaluation de l'alignement, mais on voit aussi des galaxies et des étoiles en arrière-plan en raison de la très grande sensibilité des composants optiques du télescope Webb et de la NIRCam. À ce stade de l'alignement des miroirs du télescope Webb, la « mise en phase fine », chacune des sections du miroir principal a été réglée avec la NIRCam uniquement pour produire une image unifiée de la même étoile. Pour cette image, un filtre rouge a été utilisé pour optimiser le contraste. (Source : NASA/STScI.)

Le , avec le détecteur de guidage de précision de l'Agence spatiale canadienne (ASC), l'équipe du télescope Webb a terminé une des étapes d'alignement des miroirs, la « mise en phase fine ». À ce stade clé de la mise en service de l'élément optique du télescope Webb (en anglais seulement), tous les paramètres optiques testés répondent aux attentes, et même plus. L'observatoire peut capter la lumière d'objets lointains et la transmettre à ses instruments sans problème.

Il reste encore des mois avant que Webb nous révèle le cosmos sous un nouveau jour, mais pour l'équipe, cette étape franchie confirme que le système optique de Webb, le premier du genre, fonctionne aussi bien que possible.

La mise en phase fine du télescope étant terminée, l'équipe a maintenant fini d'aligner l'imageur principal de Webb – la caméra dans le proche infrarouge NIRCam (en anglais seulement) – avec les miroirs de l'observatoire.

Il reste quelques étapes d'alignement avant la préparation définitive des instruments scientifiques. Dans le courant des six prochaines semaines, l'équipe alignera le spectrographe dans le proche infrarouge (en anglais seulement), l'instrument dans l'infrarouge moyen (en anglais seulement) et l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge du Canada. Au cours de ce processus, un algorithme évaluera le fonctionnement de chacun de ces instruments scientifiques, puis calculera les corrections à apporter pour obtenir leur alignement parfait. L'équipe passera ensuite à la toute dernière étape de l'alignement du télescope Webb, qui consistera à corriger toute infime erreur de positionnement des sections du miroir qui pourrait subsister.

D'ici la fin d' ou le début de , l'équipe devrait avoir terminé tous les aspects de l'alignement de l'élément optique du télescope et consacrera environ deux mois à la préparation des instruments scientifiques. Les premières images prises à plein pouvoir de résolution et les premières données scientifiques collectées avec le télescope Webb seront publiées entre le début et le milieu de .

La mission du télescope Webb est un programme international dirigé par la NASA et réalisé avec ses partenaires, l'Agence spatiale européenne et l'ASC. Les opérations scientifiques de Webb sont supervisées pour la NASA par le Space Telescope Science Institute, à Baltimore.

Texte (abrégé) reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Utilisation réussie du FGS canadien de Webb dans la phase d'alignement des miroirs

Source : ASC/NASA.

Le détecteur de guidage de précision (FGS) du télescope spatial James Webb, élément de conception et de fabrication canadiennes essentiel à la mission, a été utilisé en mode poursuite pour la première fois dans le cadre du processus d'alignement des sections du miroir principal.

Le , l'équipe du télescope Webb a effectué des tests de « visée » avec le FGS qui ont confirmé sa capacité à « pointer fixement » en mode poursuite sur une étoile guide. Ce mode permet au FGS de transmettre 16 fois par seconde des données très précises au système de positionnement de Webb.

L'utilisation réussie du FGS est la dernière d'une série de manœuvres réalisées sans anicroche. Après son lancement le , le télescope a suivi pendant un mois un processus délicat de déploiement en route vers sa destination, le point de Lagrange L2.

Tout récemment, l'équipe a publié une image composite de la première étoile vue avec le télescope Webb : on la voit 18 fois, une fois pour chacune des 18 sections hexagonales du miroir principal.

Dans les semaines à venir, avec le FGS, chaque section du miroir et le reste de l'élément optique du télescope seront réglés très précisément pour que ces 18 prises de vue « se superposent » et ne fassent qu'une seule image parfaitement mise au point de l'étoile.

Pendant ce processus d'alignement d'une durée de plusieurs mois, les instruments scientifiques de Webb ont le temps de se refroidir. Comme les observations avec Webb sont faites dans l'infrarouge, ses instruments sensibles, comme le NIRISS canadien, doivent être extrêmement froids. Leur température s'abaissera progressivement jusqu'à environ -233 °C.

Une fois cette température atteinte, le FGS canadien sera utilisé tout au long de la mise en service des instruments, qui devrait débuter vers la fin d'.

Photons captés : première étoile vue avec Webb... 18 fois

Image composite de l'alignement initial

Source : ASC/NASA.

La première phase du processus d'alignement du miroir principal du télescope spatial James Webb est presque terminée. L'ensemble de ce processus, qui devrait prendre plusieurs mois, est réalisé avec la caméra dans le proche infrarouge NIRCam (en anglais seulement).

Le défi de l'équipe était double : confirmer tout d'abord que la NIRCam était prête à collecter la lumière des objets célestes et relever ensuite la lumière de la même étoile dans chacune des 18 sections du miroir principal. Le résultat est une image composite de 18 points de lumière stellaire organisés de manière aléatoire, produite par les sections non alignées du miroir principal de Webb qui réfléchissent toutes la lumière de la même étoile vers le miroir secondaire, puis vers les détecteurs de la NIRCam.

On dirait une simple image d'étoiles floues, mais c'est en réalité le fondement de l'alignement et de la mise au point du télescope Webb afin qu'il puisse offrir des vues sans précédent de l'Univers cet été. Au cours des prochaines semaines, l'équipe réglera progressivement les sections du miroir jusqu'à ce que les 18 points deviennent une seule étoile.

Image composite d'identification des sections

Cette image composite a été créée en pointant le télescope sur une étoile isolée et brillante, du nom de HD 84406, de la constellation de la Grande Ourse. Cette étoile a été choisie en particulier parce qu'on peut facilement la repérer et qu'elle n'est pas entourée d'autres étoiles de luminosité semblable, ce qui permet d'avoir un arrière-plan plutôt dégagé. Chaque point est identifié par la section du miroir principal qui l'a capté. Ces premiers résultats correspondent étroitement aux attentes et aux simulations. (Source : ASC/NASA.)

Au cours de la prise d'images amorcée le , le télescope Webb a été réorienté vers 156 positions différentes autour de l'emplacement prévu de l'étoile. Les 10 détecteurs de NIRCam ont généré 1560 images, soit 54 gigaoctets de données brutes. L'ensemble du processus a duré près de 25 heures. Il est à noter toutefois que chacune des sections du miroir principal a localisé l'étoile cible dans les six premières heures et les 16 premières expositions. Ces images ont ensuite été assemblées pour produire une seule grande image composite où se trouve la signature de chaque section du miroir principal. Ce qui est présenté ici n'est que la partie centrale de la très grande image composite de plus de 2 milliards de pixels.

Chaque point de l'image composite est la même étoile imagée par chacune des 18 sections du miroir principal de Webb, un trésor de détails que les experts en optique et les ingénieurs utiliseront pour aligner tout le télescope. Cette image témoigne de l'alignement de chaque section tel qu'il est après le déploiement de Webb, première étape essentielle pour aligner l'ensemble de l'observatoire en vue de son exploitation pour la recherche scientifique.

La NIRCam est le capteur de front d'onde (en anglais seulement) de l'observatoire. Cet imageur clé a été privilégié pour les premières étapes de l'alignement de Webb, car il possède un large champ de vision et la capacité unique de fonctionner de manière sûre à des températures plus élevées que les autres instruments. La NIRCam est aussi équipée de composants adaptés visant à faciliter le processus. Elle sera utilisée pendant la quasi-totalité de l'alignement des sections du miroir. Il est à noter toutefois que la NIRCam fonctionne actuellement bien au-dessus de sa température idéale : voilà pourquoi l'image composite contient des artéfacts. Il y en aura de moins en moins à mesure que Webb se rapprochera des températures cryogéniques idéales à son fonctionnement.

Égoportrait du miroir principal

Cet égoportrait a été créé à l'aide d'une lentille pupillaire spécialisée de l'instrument NIRCam destinée à prendre des images des sections du miroir principal plutôt que des images de l'espace. On ne s'en sert pas pendant les activités scientifiques : elle sert strictement à des fins techniques et d'alignement. Ici, la section lumineuse était orientée vers une étoile brillante, alors que les autres sections n'étaient pas alignées pareillement. Cette image a donné une première indication de l'alignement du miroir principal par rapport à l'instrument. (Source : ASC/NASA.)

Les images de Webb deviendront de plus en plus claires, détaillées et complexes à mesure que les trois autres instruments atteindront les températures cryogéniques prévues et commenceront à recueillir des données. Les premières images scientifiques devraient être rendues publiques au cours de l'été. Une étape importante vient d'être franchie : il est confirmé que le télescope Webb est fonctionnel. Mais il reste beaucoup à faire dans les mois qui viennent pour que l'observatoire soit fin prêt pour les observations scientifiques avec ses quatre instruments.

Texte (abrégé) reproduit avec l'aimable autorisation de la NASA.

Les instruments de Webb ont été mis sous tension!

Le télescope spatial James Webb complètement déployé

Vue d'artiste du télescope spatial James Webb complètement déployé. (Source : Centre spatial Goddard, NASA/CIL/Adriana Manrique Gutierrez.)

Le télescope Webb a atteint sa destination, à 1 500 000 kilomètres de la Terre. Ses quatre instruments et le détecteur de guidage de précision (FGS) de l'Agence spatiale canadienne (ASC) ont été mis sous tension, précautionneusement, un par un. Le fonctionnement de chacun d'eux sera vérifié au cours des prochains jours.

Le FGS sera essentiel pour aligner les 18 miroirs hexagonaux dorés de Webb au moment d'effectuer le réglage ultraprécis de l'élément optique du télescope dans l'espace.

La mise en service des instruments, dont l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS) de l'ASC, devrait débuter une fois que les équipes chargées de la mission auront confirmé que le miroir principal est parfaitement aligné.

Durant la mission, le FGS servira de navigateur cosmique : il pointera sur des étoiles brillantes pour maintenir l'alignement du télescope. Quant au NIRISS, il servira à observer divers objets astronomiques, comme des exoplanètes ainsi que des planètes vagabondes et des naines brunes.

Lancé le , le télescope Webb captera le rayonnement infrarouge pour observer l'Univers primordial, des étoiles lointaines et l'atmosphère d'exoplanètes et étudier l'évolution des galaxies, entre autres. Des astronomes canadiens seront parmi les premiers à utiliser les données de Webb et à profiter des possibilités extraordinaires de recherche scientifique offertes par cet observatoire unique.

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