Soirée scientifique de l'Université Ouverte : La révolution du Télescope Spatial James-Webb

Conférence de Johan Richard, astronome-adjoint au Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Observatoire de Lyon.

de 19h30 à 21h30

Les Piliers de la Fondation : à gauche, immortalisés par HUBBLE ST et à droite, par JWST.

Le Télescope Spatial James Webb (JWST) a commencé à nous fournir ses premières images en juillet 2022. Avec sa très grande taille de miroir (Ø 6,50m) et sa position privilégiée dans l’espace par rapport au soleil et à la Terre (double orbite autour du soleil et du point de Léo Lagrange L2), il va révolutionner l’astronomie en nous apportant pendant plusieurs décennies, des images d’une qualité et d’un niveau de détail exceptionnels. Cette conférence présentera le défi qu’a représenté la réalisation d’un tel instrument ainsi que les premiers résultats scientifiques obtenus et les grands programmes à venir, des objets de notre système solaire aux galaxies les plus lointaines de l’Univers !

Le Quintette de Stephan, vu par Hubble ST

Le Quintette de Stephan, vu par JWST (à 90° horaire)

JWST transperce les gaz et les poussières grace à deux de ses instruments opérant dans l'infra-rouge : NIRCam (infra-rouge proche) et MIRI (infra-rouge moyen à long)

L'amas SMACS 0723 vu par Hubble (à gauche) et par James Webb (à droite).

Il s'agit d'un deepfield, une vue profonde de l'univers lointain. Hormis 9 étoiles en avant plan (de notre Voie Lactée), tous les points lumineux de cette image sont des galaxies situées à plus de 5,1 milliards d'années lumière (distance comobile). Les courbures visibles au centre sont dues à un effet de lentille gravitationnelle qui démultiplie les objets situés en arrière. JWST a ainsi dévoilé 14 nouvelles galaxies (en 42 images, dont un arc d'Einstein) et qui s'ajoutent aux 5 déjà découvertes par Hubble en arrière de ce même amas.

On voit bien le saut technologique réalisé entre les deux télescopes Hubble et JWST.

Nébuleuse de la Carène, pouponnière d'étoiles dans la Voie Lactée, à 7500 al de la Terre. (JWST)

La première étoile visée par JWST et captée par son instrument NIRCam. Elle a servi à aligner (ou phaser) parfaitement ses 18 miroirs hexagonaux, puis à les calibrer avec le miroir secondaire.

On peut également voir une signature unique et propre à JWST : les étoiles ont 6 pointes principales et 2 plus petites. Ces pointes correspondent à des pics de diffraction. Les 6 principaux sont dus à l'interaction de la lumière avec l'un des côtés de 6 miroirs hexagonaux du miroir principal.

Quant au miroir secondaire, il est positionné et centré par 3 entretoises sur le miroir principal. Cette architecture en Y génére elle aussi 6 pointes de diffraction plus petites, chacune perpendiculaire aux entretoises elles-mêmes. Mais, pour minimiser ce nombre de pointes, les ingénieurs se sont arrangés pour que 4 d'entre-elles chevauchent 4 des 6 pointes du miroir primaire. C'est pourquoi on ne voit que 8 pointes au lieu de 12.

Hubble, quant à lui, possède un miroir primaire monobloc rond (Ø 2,40m) qui ne crée pas de pics de diffraction. Les 4 pointes des étoiles photographiées par HUBBLE sont uniquement dues aux 4 entretoises du miroir secondaire (donc 4 pointes qui chevauchent les 4 autres).

Et enfin, l'image par laquelle le scandale risque d'arriver : la remise en cause du modèle cosmologique standard. Ces 6 objets extrêmement lointains (13 milliards d'al) ne devraient pas exister aussi tôt dans le jeune univers d'alors (700 millions d'années). Il s'agit de 6 galaxies beaucoup trop "matures" pour leur jeune âge. Rien ne colle : elles sont trop massives, trop peuplées, contiennent trop de carbone et possèdent déjà un trou noir hypermassif en leur sein. Cette découverte laisse perplexe les scientifiques et ébranle les fondations de la cosmologie, notamment l'âge de l'univers. Quelque chose de fondamental nous échappe...