Comment JWST a révolutionné l’astronomie en 2022

Une collection de galaxies.

Une partie de la galaxie naine Wolf–Lundmark–Melotte (WLM) capturée par la caméra proche infrarouge du télescope spatial James Webb.Crédit : Science : NASA, ESA, CSA, Kristen McQuinn (RU), Traitement d’image : Zolt G. Levay (STScI)

La foule dans l’auditorium a commencé à murmurer, puis à haleter, alors qu’Emma Curtis-Lake montait ses diapositives sur l’écran. “Incroyable!” quelqu’un a lâché.

Curtis-Lake, un astronome de l’Université du Hertfordshire, au Royaume-Uni, a présenté certains des premiers résultats sur les galaxies lointaines du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA. Ce n’était pas la dernière fois que les astronomes ont commencé à bavarder d’excitation cette semaine alors qu’ils regardaient les premières découvertes du télescope, lors d’un symposium tenu au Space Telescope Science Institute (STScI) à Baltimore, Maryland.

Au cours de ses premiers mois d’opérations scientifiques, JWST a fourni des informations étonnantes sur les corps célestes allant des planètes du système solaire aux étoiles ailleurs dans le cosmos. Ces découvertes ont aiguisé l’empressement des chercheurs à tirer davantage parti des capacités de l’observatoire. Les scientifiques élaborent maintenant de nouvelles propositions sur ce que le télescope devrait faire au cours de sa deuxième année, alors même qu’ils se bousculent pour obtenir des financements et débattent de la question de savoir si les données du télescope devraient être entièrement en libre accès.

Lancement à bout portant

JWST a été lancé le 25 décembre 2021 en tant qu’observatoire spatial le plus cher, le plus retardé et le plus compliqué jamais construit. Les astronomes ont retenu leur souffle alors que la machine de 10 milliards de dollars a subi un déploiement technique complexe de six mois dans l’espace lointain, au cours duquel des centaines de pannes potentielles auraient pu l’endommager gravement.

Mais cela fonctionne – et de manière spectaculaire. “Je me sens vraiment chanceuse d’être en vie en tant que scientifique pour travailler avec cet incroyable télescope”, déclare Laura Kreidberg, astronome à l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne.

Premier sorti de la vanneen juillet, est venu une ruée de prépublications sur l’évolution précoce des galaxies. L’expansion de l’Univers a étendu la lumière des galaxies lointaines à l’infrarouge, les longueurs d’onde capturées par JWST. Cela permet au télescope d’observer des galaxies lointaines – dont plusieurs si éloignées qu’elles apparaissent comme elles l’ont fait juste 350 à 400 millions d’années après le Big Bang, qui s’est produit il y a 13,8 milliards d’années.

De nombreuses premières galaxies repérées par JWST sont plus brillantes, plus diversifiées et mieux formées que ne l’avaient prévu les astronomes. “Il semble que l’Univers primitif était un créateur de galaxies très profond”, déclare Steven Finkelstein, astronome à l’Université du Texas à Austin.

Certaines de ces conclusions initiales sont en cours de révision l’étalonnage des données s’amélioreet bon nombre des premières affirmations sur les galaxies lointaines attendent d’être confirmées par des études spectroscopiques de la lumière des galaxies. Mais des astronomes, dont Curtis-Lake, ont annoncé le 9 décembre qu’ils avaient déjà obtenu la confirmation spectroscopique de deux galaxies qui sont plus éloignées que jamais auparavant.

Détail “époustouflant”

Dans des régions plus proches du cosmos, JWST donne des résultats sur la formation et l’évolution des étoiles, grâce à sa résolution précise et sa vision infrarouge. “Comparé à ce que nous pouvons voir avec Hubble, la quantité de détails que vous voyez dans l’Univers, c’est complètement hallucinant”, déclare Lamiya Mowla, astronome à l’Université de Toronto au Canada. Grâce à la vision perçante du télescope, elle et ses collègues ont pu repérer des « étincelles » lumineuses autour d’une galaxie qu’ils ont surnommée le Sparkler ; les étincelles se sont avérées être parmi les plus anciens amas d’étoiles jamais découverts. D’autres études ont dévoilé des détails tels que le cœur des galaxies où se cachent des trous noirs monstres.

Une autre rafale de découvertes du JWST provient d’études sur les atmosphères d’exoplanètes, que le télescope peut examiner avec des détails sans précédent.

Par exemple, lorsque les scientifiques ont vu les premières données JWST de l’exoplanète WASP-39b, les signaux d’une gamme de composés, tels que l’eau, ont bondi. “Il suffit de le regarder, c’était comme si toutes les réponses étaient devant nous”, déclare Mercedes López-Morales, astronome au Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian à Cambridge, Massachusetts. Désormais, les scientifiques anticipent vivement les données sur d’autres planètes, y compris les sept mondes de la taille de la Terre qui orbitent autour de l’étoile TRAPPIST-1. Premiers résultats sur deux des planètes TRAPPIST-1, rapportés lors du symposiumsuggèrent que JWST est plus que capable de trouver des atmosphères là-bas, bien que les observations prennent plus de temps à analyser.

JWST a même fait sa première découverte de planète : une planète rocheuse de la taille de la Terre qui orbite autour d’une étoile froide à proximité, a déclaré Kevin Stevenson du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins à Laurel, Maryland, lors de la réunion.

Le télescope a également fait ses preuves pour l’étude des objets du voisinage céleste de la Terre. Lors du symposium, l’astronome Geronimo Villanueva du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, a montré de nouvelles images de la lune Encelade de Saturne. Les scientifiques savaient qu’Encelade a un océan enfoui dont l’eau jaillit parfois des fractures de sa croûte glacée, mais JWST a révélé que le panache d’eau enveloppe la lune entière et bien au-delà. Par ailleurs, les ingénieurs ont également trouvé un moyen de faire en sorte que JWST suive des objets en mouvement rapide, tels que les planètes du système solaire, bien mieux que prévu. Cela a conduit à de nouvelles études telles que les observations de l’écrasement délibéré du vaisseau spatial DART sur un astéroïde en septembre, explique Naomi Rowe-Gurney, astronome également à Goddard.

Pourtant, toutes ces découvertes ne sont qu’un avant-goût de ce que le JWST pourrait finalement faire pour changer l’astronomie. “Il est prématuré d’avoir une image complète de son impact ultime”, déclare Klaus Pontoppidan, scientifique du projet JWST au STScI. Les chercheurs commencent tout juste à reconnaître les pouvoirs de JWST, tels que sa capacité à sonder les détails dans les spectres de lumière des objets astronomiques.

Les candidatures sont maintenant ouvertes pour que les astronomes présentent leurs idées d’observations au cours de la deuxième année de fonctionnement du JWST, qui commence en juillet. Le prochain tour pourrait aboutir à des propositions plus ambitieuses ou créatives pour utiliser le télescope maintenant que les astronomes savent de quoi il est capable, dit Pontoppidan.

Au milieu de toutes les bonnes nouvelles, il y a encore des pépins. Le principal d’entre eux est le manque de financement pour soutenir les scientifiques travaillant sur les données du JWST, déclare López-Morales. “Nous pouvons faire de la science, nous avons les compétences, nous développons les outils, nous allons faire des découvertes révolutionnaires mais avec un budget très restreint”, dit-elle. “Ce qui n’est pas idéal en ce moment.”

Accessible à tous ?

López-Morales préside un comité qui représente les astronomes qui utilisent JWST, et leur liste de choses à faire est longue. Cela comprend l’enquête auprès des scientifiques pour savoir si toutes les données du télescope devraient être librement disponibles dès qu’elles sont collectées – une décision qui, selon beaucoup, désavantagerait les scientifiques en début de carrière et ceux des petites institutions qui n’ont pas les ressources pour se jeter sur et analyser JWST données tout de suite. Les opérateurs de télescopes travaillent également sur un moyen de faire circuler plus efficacement ses données vers la Terre via des paraboles de communication, et de les faire voler dans une orientation physique qui réduit le risque que des micro-météoroïdes s’écrasent et endommagent son miroir principal.

Mais dans l’ensemble, le télescope ouvre des domaines complètement nouveaux de l’astronomie, dit Rowe-Gurney : “C’est la chose qui va répondre à toutes les questions que mon doctorat essayait de trouver.”

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