Le télescope spatial James Webb est lancé pour découvrir les secrets des origines de l’Univers

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Le télescope spatial James Webb décolle sous peu, à Kourou, en Guyane; à bord d’un lanceur Ariane V ce 25 décembre 2021 à 13h20 heure française. Ce lancement déjà reporté de nombreuses fois à cause d’incidents techniques et de réglages de dernière minute, doit maintenant propulser dans l’espace le “télescope du siècle” replié sur lui-même et encapsulé au sein du lanceur. Ce décollage est très attendu, peut-être même le plus attendu de la décennie, par la communauté scientifique. Il faudra 30 jours au télescope pour atteindre le point 2 de Lagrange, à environ un million de kilomètres de la Terre, où il commencera à fonctionner. Après un mois de trajet, le James Webb s’échinera pendant plusieurs années à explorer l’Univers et son passé, comme aucun autre télescope n’a jamais pu le faire auparavant. Il aura la lourde charge de remonter le temps, à 13,5 milliards d’années.

Le télescope spatial James Webb dirigé par la NASA, imagera les toutes premières étoiles à briller dans l’Univers. © NASA.

La science du télescope spatial James Webb

«D’où venons-nous?» Dans la liste des questions qui obsèdent l’humanité, celle-ci arrive sans aucun doute au sommet. La Nasa l’a transformée en ordre de mission pour son nouveau bijou. Successeur désigné du légendaire Hubble – et plus encore du moins réputé Spitzer – le télescope James Webb est une machine à remonter le temps.  La mission – un partenariat entre la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne (ASC) – devrait faire des découvertes révolutionnaires dans tous les domaines de l’astronomie en étudiant la lumière de l’Univers à des longueurs d’onde infrarouges (invisibles).  Le télescope spatial James Webb sera un pas de géant dans notre quête pour comprendre l’Univers et nos origines. JWST examinera chaque phase de l’histoire cosmique: des premières lueurs lumineuses après le Big Bang à la formation des galaxies, des étoiles et des planètes à l’évolution de notre propre système solaire. Selon la NASA, les objectifs scientifiques du Webb peuvent être regroupés en quatre thèmes:

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1. La fin de l’âge des ténèbres : première lumière et réionisation – JWST sera une puissante machine à remonter le temps avec une vision infrarouge qui regardera en arrière sur plus de 13,5 milliards d’années pour voir les premières étoiles et galaxies se former à partir des ténèbres de l’univers primitif.

2. L’Assemblage de galaxies : La sensibilité infrarouge sans précédent de JWST aidera les astronomes à comparer les galaxies les plus faibles et les plus anciennes aux grandes spirales et elliptiques d’aujourd’hui, nous aidant ainsi à comprendre comment les galaxies s’assemblent sur des milliards d’années.

3. La naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires : JWST sera capable de voir à travers et dans d’énormes nuages ​​de poussière opaques aux observatoires de lumière visible comme Hubble, où naissent les étoiles et les systèmes planétaires.

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4. Les Systèmes planétaires et origines de la vie : JWST nous en dira plus sur les atmosphères des planètes extrasolaires, et peut-être même trouvera les éléments constitutifs de la vie ailleurs dans l’univers. En plus d’autres systèmes planétaires, JWST étudiera également des objets au sein de notre propre système solaire.

C’est arrivé à sa destination finale, le point de Lagrange L2, et après avoir calibré tous ses instruments, que le James Webb démarrera sa mission. Quatre de ses futures observations sont particulièrement attendues. Le télescope spatial analysera notamment avec précision, grâce à sa détection des infrarouges, l’atmosphère de nouvelles exoplanètes. Grâce à cela, il pourrait peut-être identifier des traces de vies extraterrestres. Mais aussi, sa recherche et son analyse des toutes premières galaxies devraient éclairer les scientifiques sur les premiers instants de l’Univers. Sont aussi prévues des observations plus proches, dans notre système solaire, de Mars ou encore Europe, une lune de Jupiter. La manœuvre de déploiement de tous ces instruments sera la plus risquée jamais réalisée par la Nasa. Le télescope devra opérer 50 “petits” déploiements différents, le tout en s’appuyant sur 178 mécanismes. Des manœuvres qui devraient donner des sueurs froides à de nombreux scientifiques, mais aussi beaucoup d’espoir.

James Webb, le télescope spatial à 10 milliards qui doit remonter le temps

Pour remplir une telle mission, la Nasa et ses partenaires ont vu grand, très grand. Résultat de plus de 30 ans d’ingénierie, de plusieurs milliers d’intervenants et d’un budget avoisinant les 10 milliards de dollars, le télescope James Webb deviendra bientôt le digne successeur d’Hubble, déjà en service depuis maintenant 31 ans et qui a permis de percer de nombreux secrets sur la jeunesse de l’Univers. Les dimensions du JWST sont comparables à celles d’un terrain de tennis. Son poids est équivalent à celui d’un bus. Son miroir primaire mesure plus de 6 mètres de diamètre, près de trois fois plus que celui d’Hubble. C’est «le télescope le plus grand et le plus puissant jamais construit, précise l’agence spatiale américaine. […] Il est si sensible qu’il pourrait théoriquement détecter la signature thermique d’un bourdon qui volerait à une distance équivalente à celle entre la Terre et la Lune».

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De telles ambitions ont impliqué de relever des défis techniques immenses. Le premier était de développer un engin pliable pour le faire rentrer dans la coiffe d’Ariane, raison pour laquelle le JWST a été conçu «comme un origami» et se dépliera une fois dans l’espace. Le second a été de le refroidir suffisamment, pour que ses capteurs infrarouges ne soient pas aveuglés par sa propre chaleur. A l’abri de son bouclier solaire – cinq couches de polymères aussi fines qu’un cheveu – James Webb évoluera à une température d’environ – 235 °C. Un système de refroidissement cryogénique fera encore descendre le thermomètre des instruments critiques à – 266 °C, proche du «zéro absolu». Le télescope compte aussi un spectromètre dans le proche infrarouge appelé NIRSpec. De la taille d’un lit double, le NIRSpec mesure la lumière divisée en différentes longueurs d’onde. La source d’étalonnage, se compose de 11 mini-télescopes projetant de la lumière dans une sphère, dont la sortie produit un éclairage uniforme des détecteurs NIRSpec.

Cet éclairage de référence révèle la sensibilité et la disposition de chaque partie de l’optique et des détecteurs de NIRSpec à différentes longueurs d’onde de lumière, permettant aux astronomes de mesurer plus précisément les propriétés de la lumière émise par les planètes, les étoiles et les galaxies. Le professeur Mark Cropper (UCL Mullard Space Science Laboratory) a déclaré: “Le lancement de James Webb est un moment historique pour la science. La contribution de l’UCL s’est déroulée sur 14 ans, entre 1997 et 2010. Notre unité, la Calibration Source, vise à garantir que les astronomes puissent mesurer le plus précisément possible les signaux les plus faibles de l’Univers primordial. Pour ce faire, il inonde les optiques et les détecteurs NIRSpec d’une lumière uniforme, révélant les différentes sensibilités des différentes parties des détecteurs à différentes longueurs d’onde. Ce faisant, cela aidera les astronomes à déterminer l’âge et les mouvements des étoiles les plus anciennes que nous pouvons voir et les propriétés des galaxies les plus anciennes”.

Le télescope James Webb doit être lancé vendredi par Ariane 5. © Adriana Manrique Gutierrez/CIL/Nasa GSFC.

«Le télescope qui a dévoré l’astronomie»

Avec une telle complexité technique, le JWST a bien failli ne jamais voir le jour. Au lancement du programme, à la fin des années 1990, son décollage était prévu à l’horizon 2007, pour un coût inférieur au milliard de dollars. Les difficultés de conception puis d’assemblage ont chamboulé ces plans. La confirmation de sa construction n’est intervenue qu’en 2008, avec une nouvelle échéance fixée en 2014 et une facture avoisinant les 5 milliards. Depuis, le calendrier n’a cessé de glisser et la facture a doublé, pour s’établir à 9,7 milliards de dollars. James Webb a englouti tellement d’argent que la revue Nature l’a surnommé, en 2010, «le télescope qui a dévoré l’astronomie». «L’observatoire spatial promet d’ouvrir de nouvelles fenêtres sur l’univers, mais son coût pourrait en fermer beaucoup d’autres», écrivait la revue scientifique, qui s’inquiétait du financement d’autres programmes. Un argument repris, en 2011, par un comité de la Chambre des représentants américaine, qui a proposé son abandon, condamnant «une gestion désastreuse» du projet. Une position finalement non suivie par le Congrès.

Le JWST est bien trop précieux. Nombreux sont les programmes scientifiques qui n’attendent plus que ses premières images pour se mettre au travail. L’échec n’est pas une option, au risque de plonger les astrophysiciens dans le noir. Après son lancement, il lui faudra un mois pour atteindre sa destination, à 1,5 million de kilomètres de notre planète, environ quatre fois la distance Terre-Lune. L’alignement de ses miroirs et la calibration de ses instruments nécessiteront environ cinq mois de plus. Les premières observations sont attendues l’été prochain.

Nous ne pouvons donc que souhaiter bonne chance à James Webb!

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