Pourquoi l’œil de James Webb révolutionne-t-il l’astrophysique ?

Il navigue à 1,5 million de kilomètres de la Terre, frais dans l’ombre de notre planète, et pointe son miroir en forme de corolle florale vers les profondeurs du cosmos. Le télescope spatial James Webb (JWST) est le plus puissant jamais mis en orbite. Il a souvent été présenté comme le successeur de Hubble, dont il est plutôt complémentaire en réalité. En effet, ce dernier scrute l’univers principalement en lumière visible, un peu en infrarouge et ultraviolet, alors que le JWST n’a d’yeux que pour l’infrarouge, un rayonnement électromagnétique d’une longueur d’onde invisible à l’être. humain.

Dès ses premières observations, James-Webb a montré l’énorme étendue de ses possibilités. Ses premiers champs profonds ont rapidement éclipsé ceux, déjà exceptionnels, de Hubble. Les astronomes et astrophysiciens apprendraient bien plus grâce à cette incroyable machine.

Il y a principalement trois domaines dans lesquels ce joyau optique et technologique nous fait avancer : l’observation des premières galaxies de l’Univers, la formation des étoiles et des planètes, ainsi que les exoplanètes capables d’héberger la vie. Rappelons-le ici, voir loin dans l’Univers, c’est aussi voir loin dans son passé, la vitesse de la lumière étant finie (environ 300 000 km/s dans le vide).

Fin 2023, James-Webb détecte le plus ancien trou noir supermassif connu !

GN Z 11, cette galaxie des tout premiers temps de l’Univers, était connue grâce à Hubble, mais nous avions peu d’informations à son sujet. James-Webb a permis de mettre en évidence la présence d’un trou noir d’environ 1,6 million de masses solaires, seulement 440 millions d’années après le Big Bang, ce qui est très précoce. La masse de cette galaxie est certes 100 fois inférieure à celle de notre Voie Lactée, mais elle est déjà trop massive selon nos modèles théoriques…

Peu de temps après, le record de la galaxie la plus ancienne – ou plus jeune si l’on remonte le temps jusqu’à la nôtre – a été battu : seulement 285 millions d’années après le Big Bang. Il s’agit de JADES-GZ-14-0. Dès lors, il est devenu absolument clair que ce nouveau télescope fait bien plus que tenir ses promesses, il nous emmène là où nous n’avons jamais regardé auparavant ! La cosmologie progresserait comme jamais auparavant et notre connaissance de la formation et de l’évolution des galaxies atteindrait la limite du Big Bang.

La formation des étoiles sous nos yeux, sans voile

Les protoétoiles sont magnifiques, mais entourées de poussière difficile à traverser pour nos yeux humains. Justement, la lumière infrarouge captée par James-Webb ignore facilement cette poussière sombre. L’image de L1527, une étoile âgée de seulement 100 000 ans, encore en train de se stabiliser, a coupé le souffle aux scientifiques et au grand public.

Il s’agit d’un objet Herbig-Haro, également une étoile à un stade précoce. Magnifique, n’est-ce pas ?

Le JWST permet même de « chercher » dans les nébuleuses pour détecter des molécules, la formation de disques protoplanétaires (c’est-à-dire de jeunes systèmes solaires) et le rôle des étoiles avec leur rayonnement. Ici, le JWST a permis de repérer le cation méthyle (CH₃⁺), une molécule considérée comme essentielle à la formation de la vie carbonée extraterrestre.

Des ambiances, des ambiances ?

Et ce n’est pas tout. James-Webb étudie également les exoplanètes pas très loin de nous, à la recherche d’un lieu potentiel pour la vie, ce pour quoi ce télescope spatial n’était même pas vraiment destiné au départ. Pour ce faire, ses instruments utilisent la lumière des étoiles filtrée par l’atmosphère de planètes situées à des années-lumière de la Terre. C’est ce qu’on appelle un spectre d’absorption, qui permet de détailler les molécules et atomes présents dans une atmosphère (le ciel) d’une exoplanète, donc de déterminer si quelque chose de vivant pourrait y respirer. Voici un exemple de spectre sur l’atmosphère d’une planète gazeuse, le James-Webb y détecte de l’eau par exemple (H₂O).

Les résultats les plus remarquables du JWST dans ce domaine sont peut-être ceux attendus autour des exoplanètes trappistes et ceux de l’atmosphère de LHS-1140b, une exoplanète océanique susceptible d’avoir une atmosphère contenant de l’azote, comme la Terre.

En résumé, le télescope James-Webb nous fait avancer dans presque tous les domaines de l’astronomie et de l’astrophysique. Les astronomes professionnels attendent des mois avant d’obtenir quelques précieux créneaux pour les utiliser et s’émerveiller de leurs découvertes. L’épopée JWST est donc loin d’être terminée.

Quelques petits joyaux visuels de James-Webb pour finir.

Portrait de famille des planètes gazeuses du Système Solaire :

Une incroyable zone de formation d’étoiles nommée Rho Ophiucci (constellation Serpentarienne) :

Et enfin, la nébuleuse du Crabe formée par une supernova de type 2 (une explosion massive d’étoiles). Le tore central, bleuté, est dû à la présence d’une étoile à neutrons aux pulsations très rapides (un pulsar). Cette étoile a explosé en 1054.