En cette veille de Noël, nous lançons dans l’espace quelque chose qui va changer notre vision de l’univers

Explorer de nouveaux mondes étranges. Comprendre les origines de l’univers. La recherche de la vie dans la galaxie. Telle est l’ambitieuse mission du télescope spatial James Webb, le successeur tant attendu de Hubble. Le lancement du télescope est prévu le 24 décembre. Lorsqu’il sera pleinement opérationnel, à plus d’un million et demi de kilomètres de la Terre, le télescope Webb ouvrira une nouvelle ère de l’astronomie et permettra à l’humanité de voir des choses qu’elle n’a jamais vues auparavant.

Pourquoi est-ce important ?

Non seulement nous pourrons observer plus loin dans l'espace - le Webb regarde jusqu'aux limites de l'univers observable - mais aussi plus loin dans le temps. De plus, le télescope aidera énormément à trouver la vie extraterrestre.

Si tout se passe bien – ce qui est toujours une perspective douteuse dans l’industrie spatiale – le télescope sera chargé sur une fusée Ariane 5 et partira le 24 décembre au matin pour un voyage d’un million et demi de kilomètres vers un endroit situé au-delà de la lune pour entrer dans une orbite stable autour du soleil.

Au cours des 29 prochains jours, le meccano spatial se transformera en télescope au cours d’une série de mouvements plus compliqués que tout ce qui a été tenté dans l’espace, avec 344 « points uniques de défaillance » dans le jargon de la NASA, et loin de l’aide de tout astronaute ou robot si les choses tournent mal.

D’abord, des antennes émergeront et seront pointées vers la Terre, permettant la communication. Ensuite, l’échafaudage pour un parasol de la taille d’un court de tennis sera ouvert, suivi du parasol lui-même, composé de cinq fines feuilles d’un plastique appelé Kapton.

Enfin, 18 hexagones de béryllium plaqués or s’enclencheront pour former un miroir segmenté de 6,5 mètres de large. À ce moment-là, le télescope aura atteint sa destination, un point appelé L2. Les astronomes passeront ensuite six mois à peaufiner, tester et calibrer leur nouvel œil sur le cosmos.
Les scientifiques ont commencé à réfléchir aux successeurs du télescope spatial Hubble avant même son lancement en 1990. Le Webb devait initialement être lancé en 2010 et coûter environ 1 milliard d’euros. Depuis, le prix est passé à plus de 10 milliards, et le lancement a été retardé de plus de dix ans. Mais l’attente en valait la peine, selon les astronomes. Ils s’attendent à ce que le Webb nous donne bientôt des aperçus nouveaux et révélateurs de notre univers.

Le Webb VS Hubble. Photo: NASA’s Goddard Space Flight Center

Le Webb surpassera Hubble à plusieurs égards. Il permettra aux astronomes de regarder non seulement plus loin dans l’espace – le Webb vise les limites de l’univers observable – mais aussi plus loin dans le temps. Le télescope recherchera les premières étoiles et galaxies de l’univers. Il permettra aux scientifiques d’étudier minutieusement de nombreuses exoplanètes – des planètes orbitant autour d’étoiles autres que notre soleil – et même d’y rechercher des signes de vie.
Le lancement du télescope spatial Hubble a été en soi un pas de géant pour l’astronomie. Ici, sur Terre, les astronomes recherchent des sommets montagneux isolés et des déserts pour construire de grands télescopes afin d’observer un ciel noir, loin de la pollution et des lumières vives. Mais leur vue est toujours entachée par la brume légère et la luminescence de l’atmosphère terrestre. Il n’y a pas de meilleure vue de l’espace que celle que l’on a depuis l’espace.

Plus grand et 100 fois plus puissant

Hubble ne nous a pas seulement envoyé des images inoubliables, d’une beauté à couper le souffle, comme celles de la nébuleuse de la Lagune et des Piliers de la Création. Elle nous a également appris des choses sur l’âge de l’univers, sur ce qui se passe lorsque les étoiles explosent, et a amélioré notre compréhension des trous noirs. Les observations de Hubble ont conduit les scientifiques à penser que l’univers est en expansion à un rythme toujours plus rapide, propulsé par quelque chose de si mystérieux que les scientifiques l’appellent simplement matière noire.

Hubble a contribué à définir bon nombre des limites que le Webb espère repousser. Le Webb, qui porte le nom de l’homme qui a dirigé la NASA au cours de la décennie qui a précédé l’alunissage, va aller encore plus loin. Ce que nous allons obtenir est un télescope qui est environ 100 fois plus puissant que Hubble.

Le Webb améliore Hubble de deux façons importantes. La première est la taille : Hubble avait la taille d’un bus scolaire, tandis que Webb a plutôt la taille d’un court de tennis. Mais ce n’est pas seulement la taille globale de l’objet qui compte. Lorsqu’il s’agit de télescopes réfléchissants, l’élément le plus important est la taille du miroir incurvé. On peut considérer le miroir d’un télescope comme un seau qui recueille la lumière. Plus vous pouvez rassembler de lumière dans ce seau, plus vous pouvez voir les choses de l’univers de loin et de façon plus claire.

Le télescope comme machine à remonter le temps

Le miroir de Hubble avait un diamètre impressionnant de 2,3 mètres. Les magnifiques miroirs dorés de Webb ont un diamètre de plus de six mètres, ce qui donne une surface de collecte de la lumière six fois plus grande. Qu’est-ce que cela signifie en pratique ? Prenons l’une des images les plus célèbres de Hubble, le champ profond.

En 1995, les scientifiques ont demandé à Hubble de fixer une très petite parcelle de l’espace (de la taille d’une tête d’épingle, tenue à bout de bras par l’observateur). L’image qui est revenue était étonnante. Hubble a découvert des milliers de galaxies dans cette minuscule tranche, nous donnant une meilleure estimation du nombre de galaxies supposées exister dans l’univers.

Cette image a également révélé le potentiel de Hubble en tant que machine à remonter le temps. En astronomie, plus les choses sont éloignées, plus elles sont anciennes (car la lumière provenant de lieux éloignés met très longtemps à parvenir jusqu’à la Terre). Cela signifie que l’image du champ profond de Hubble n’est pas seulement un instantané de l’espace : elle contient également l’histoire de notre univers. Les galaxies de cette image nous apparaissent telles qu’elles étaient il y a des milliards d’années.

Le télescope spatial Hubble de la NASA a fourni l’une des images visibles les plus profondes et les plus détaillées de l’univers. Le champ est un très petit échantillon du ciel, mais il est considéré comme représentatif de la distribution typique des galaxies dans l’espace. Dans ce petit champ, Hubble a découvert un assortiment stupéfiant d’au moins 1 500 galaxies à différents stades d’évolution.

Ce que Webb va faire, c’est aller un peu plus loin. Ainsi, les petites taches de lumière à l’arrière-plan du champ profond de Hubble deviendront plus brillantes et plus détaillées, nous pourrons voir des bras en spirale, nous pourrons voir des structures, et ensuite nous verrons d’autres taches de lumière provenant d’un passé encore plus lointain. Avec Webb, nous pourrons donc remonter beaucoup plus loin dans le temps.

Nous allons voir les premières étoiles de l’histoire

Jusqu’à quand ? Avec Webb, les astronomes comme Casey peuvent remonter si loin dans le temps qu’ils pourraient voir les toutes premières étoiles et galaxies. Hubble a vu de la lumière datant d’environ 400 millions d’années après le Big Bang, qui a mis environ 13,3 milliards d’années pour nous parvenir. Mais Webb a le pouvoir de nous emmener 250 millions d’années après le Big Bang. Cela peut ne pas sembler être une grande différence. Mais il nous montrera les premières étoiles qui se sont allumées.

Derrière elles se trouvent des barrières que même Webb ne peut franchir. Avant l’apparition de la première étoile, l’univers était enveloppé d’un brouillard dense et obscurcissant de gaz primordial. Aucune lumière ne parvient à nos télescopes depuis cette époque, que les astronomes appellent l’âge sombre cosmique. (Il existe un rayonnement de fond provenant du Big Bang, une faible lueur. Mais pour l’essentiel, il s’agit d’un point vide dans notre chronologie de l’univers).

Les astronomes espèrent que Webb les aidera à comprendre la fin de l’âge des ténèbres et ce qui a provoqué la levée du brouillard. Les scientifiques pensent que c’est la lumière des étoiles des premières galaxies qui en est à l’origine.

Pourquoi l’infrarouge est meilleur

L’autre avantage du Webb sur Hubble est le type de lumière que le télescope capte. La lumière existe dans de nombreuses variétés différentes. L’œil humain ne peut voir qu’une longueur d’onde étroite appelée lumière visible, mais l’univers contient beaucoup de lumière en dehors de cette gamme. Comme les ultraviolets ou les infrarouges. Le télescope spatial Hubble collecte la lumière visible, l’ultraviolet et un tout petit peu d’infrarouge. Le Webb est principalement un télescope infrarouge, il voit donc la lumière avec une longueur d’onde plus grande que celle que nos yeux peuvent voir. C’est en fait ce qui permet au Webb de regarder plus loin dans le temps que Hubble.

La lumière infrarouge est souvent une lumière très ancienne, en raison d’un phénomène appelé décalage vers le rouge. Lorsqu’une source lumineuse s’éloigne d’un observateur, elle est étirée, passe à une longueur d’onde de plus en plus longue et devient plus rouge. (Le contraire est également vrai : plus une source de lumière se rapproche, plus ses longueurs d’onde sont courtes et plus bleues). C’est similaire à ce qui se passe au passage d’une sirène : la hauteur du son augmente lorsque la sirène s’approche, puis diminue lorsqu’elle s’éloigne.

Comme l’espace est en constante expansion, les choses qui sont les plus éloignées de nous dans l’univers s’éloignent de nous. Et lorsque la lumière voyage dans l’espace depuis ces galaxies lointaines, elle est littéralement étirée par l’expansion de l’espace.

Imaginez une étoile qui est très éloignée. La lumière de cette étoile peut commencer dans le spectre visible, mais elle s’étire au cours de son voyage vers nous. C’est de plus en plus rouge. Ainsi, lorsque nous observons des galaxies lointaines avec Hubble, elles ressemblent à de minuscules pépites rouges. Finalement, ces vieilles galaxies très lointaines deviennent si rouges qu’elles tombent dans le spectre infrarouge. Webb peut voir cette vieille lumière qui est devenue invisible à l’œil humain.

Deux images Hubble des « piliers de la création ». La photo de droite montre ce à quoi il ressemble dans l’infrarouge, qui est plus proche de ce que le télescope Webb verra.

Mais si quelque chose ne va pas…

De manière pratique, la lumière infrarouge a également d’autres applications. Par exemple, c’est un bon type de lumière pour observer les exoplanètes. Par exemple, si vous vous trouviez sur une planète en orbite autour d’une autre étoile et que vous vouliez voir la Terre, la lumière visible ne serait pas le meilleur choix. La Terre culmine dans l’infrarouge. Ainsi, si nous voulons étudier une planète semblable à la Terre dans un autre système solaire, la meilleure façon de l’observer est d’utiliser les longueurs d’onde infrarouges. Les scientifiques qui étudient les exoplanètes utiliseront le Webb pour analyser l’atmosphère de ces mondes : le télescope est capable d’y détecter certains composés chimiques tels que l’eau, le CO, le CO2 et le méthane.

Si tout se passe bien, nous pouvons donc nous attendre à de nombreuses découvertes spectaculaires. Mais il y a peut-être un piège : la complexité du Webb lui-même. En raison de la taille du télescope, il n’existe pas de fusées suffisamment grandes pour le lancer entièrement. Le télescope doit être plié pour être placé dans une fusée et se déployer dans l’espace. Tout ça peut très mal se dérouler.

Et si quelque chose ne va pas, c’est un gros problème. En effet, alors que Hubble est en orbite à environ 550 kilomètres au-dessus de la Terre, Webb sera à près d’un million et demi de kilomètres, soit quatre fois la distance entre la Terre et la Lune. Cela signifie qu’une fois le Webb lancé, il sera presque impossible pour l’homme de le réparer s’il tombe en panne. C’est une pensée effrayante étant donné l’histoire de Hubble : peu après son lancement en 1990, les ingénieurs se sont rendu compte qu’il y avait un problème avec le miroir ; les premières images du télescope étaient floues et les astronautes ont dû lancer une navette spatiale pour le réparer. Ce ne sera pas possible avec le Webb. Il faut juste que ça marche.

Alors pourquoi ne pas le laisser plus près de la Terre ? Comme Webb est un télescope infrarouge, il doit être maintenu au froid. La Terre elle-même est chaude et brille dans l’infrarouge. Tout ce qui est chaud brille dans la lumière infrarouge. Si le télescope était trop chaud, il ne ferait que briller et se voir lui-même.

Plus
Marchés
Ma liste de suivi
Marchés
BEL20