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jeudi, août 18, 2022

Lancement du téléscope James Webb : « On espère connaître l’enfance des premières étoiles »

Le James Webb Space Telescope (JWST), l’instrument scientifique le plus attendu depuis le début du XXIe siècle, va enfin décoller. Le lancement, initialement prévu pour le 18 décembre, a été reporté au 22, puis au 24 et enfin au 25 décembre… Mais cette fois, cela (devrait) être la bonne. Installé dans la coiffe d’une fusée Ariane 5, le télescope va s’élancer depuis le Centre spatial de Kourou, en Guyane française, pour commencer un voyage de six mois jusqu’à sa destination, le point Lagrange 2, qui se trouve à 1,5 million de kilomètres, presque quatre fois plus loin que la distance nous séparant de la Lune.  

Là, il commencera une mission qui doit durer au moins cinq ans et demi . Elle promet de révolutionner notre compréhension de l’histoire de l’univers. Un moment crucial pour l’Agence spatiale américaine (Nasa), mais aussi ses partenaires européens et canadiens. Pierre Ferruit, le responsable scientifique du télescope à l’agence spatiale européenne (ESA) interrogé par L’Express, décrit l’objectif de ce télescope spatial, et nous confie ses attentes et espoirs. 

L’Express : Il aura fallu trente années de développement et près de 9,7 milliards de dollars d’investissement… Le lancement initial était prévu en 2007 ! Encore dernièrement, il a été repoussé trois fois. Quel est le niveau de tension actuellement ?  

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Pierre Ferruit : La pression et l’excitation montent : nous attendons ce moment depuis tellement longtemps ! Je travaille sur ce projet depuis 1999 (22 ans !), ce qui représente la majeure partie de ma carrière scientifique. Il y a forcément un peu de tension aussi, car tous les lancements sont risqués. Mais le JWST est entre de bonnes mains, il partira à bord d’une fusée Ariane 5, un des lanceurs les plus fiables du monde. C’est rassurant. Il y a aussi de la fierté, parce que JWST est aussi exceptionnel qu’unique, sa mission fascine les gens et va beaucoup apporter scientifiquement. 

Le déploiement du télescope, actuellement plié comme un origami géant dans la coiffe de la fusée, promet d’être le plus complexe de l’histoire de l’exploration spatiale. La Nasa a évoqué 344 « points de défaillance » possibles, dont 144 mécanismes qui doivent tous s’enclencher parfaitement. C’est inédit. 

Il s’agit de la mission scientifique la plus complexe jamais lancée à laquelle participent des milliers de chercheurs. Et cette ambition scientifique va de pair avec le fait de construire quelque chose de hors norme techniquement. De par sa taille, JWST doit être plié avant d’être lancé. L’essentiel des mécanismes que vous évoquez est une conséquence du fait qu’il faut le déployer dans l’espace. Cela va prendre quatre semaines environ, car nous allons procéder de manière très méticuleuse. 

D’autant qu’il ne sera pas possible d’aller le réparer s’il y a un problème [le point Lagrange 2 est trop éloigné de la Terre, NDLR]. Il fallait donc s’assurer avant que tout allait bien fonctionner : penser à la robustesse du télescope, avoir des systèmes multiples en cas de panne, multiplier les tests comme la Nasa l’a fait jusqu’aux dernières heures avant le lancement. Il y a même eu des entraînements des équipes au sol pour faire face à d’éventuels problèmes ! Mais tout ce travail au sol indique que nous sommes prêts. 

L’Europe est partenaire des Etats-Unis pour cette mission, mais à quel point va-t-elle bénéficier de ces découvertes ? 

En échange de nos contributions – fournir une équipe de quinze personnes, mais aussi le lanceur Ariane 5 et deux des quatre instruments -, nous avons le droit à 15% minimum du temps d’observation. Nous avons même obtenu un peu mieux. Nous allons utiliser ce temps pour regarder des galaxies et le trou noir supermassif qu’elles abritent en leur centre, afin de mieux comprendre les relations entre les deux. Nous allons aussi scruter des zones ou des étoiles se forment, ou encore ausculter des exoplanètes [des planètes qui ne se trouvent pas dans notre système Solaire, NDLR]. Ce sera reparti grosso modo à un tiers pour chaque projet.  

La particularité du JWST est de regarder dans le spectre infrarouge, pourquoi est-ce si important ? 

Dans les années 1990, grâce au télescope spatial Hubble, nous avons commencé à mieux comprendre l’évolution des galaxies. Mais dans notre quête visant à regarder plus loin, donc à remonter plus longtemps dans l’histoire de l’univers, nous nous sommes heurtés aux limites de Hubble. Car pour observer des objets très éloignés de nous, nous avions besoin d’un miroir plus grand, donc d’un plus grand télescope. Pour le JWST, sa pupille, c’est son miroir primaire dont la taille permet de collecter plus de lumière. 

La deuxième chose, c’est que plus la lumière est loin, plus elle se décale vers le rouge, jusqu’à l’infrarouge. Donc si nous voulons regarder loin dans l’univers, et donc remonter loin dans le temps, il nous faut un observatoire infrarouge. La vision infrarouge est fondamentale pour observer les galaxies qui sont nées en premier dans l’histoire de l’univers. Elle permet aussi de mieux voir les pouponnières d’étoiles, car l’infrarouge passe à travers les nuages de poussières et de gaz très présents dans ces zones. 

Cette technologie va aussi nous permettre de mieux étudier les exoplanètes dont nous ignorions l’existence au moment de la conception du JWST. L’infrarouge nous en aidera à en apprendre davantage sur la composition de leur atmosphère, et sera capable de détecter de potentielles signatures chimiques de l’eau, du méthane, etc., ce que nous appelons des biosignatures, c’est-à-dire des ingrédients qui peuvent mener à la vie. Dans notre quête de savoir si nous sommes seuls ou non, nous savons que la vie telle qu’on la connaît a besoin de l’eau liquide, donc logiquement, nous allons essayer de savoir s’il y en a dans les exoplanètes que nous observerons. Cela ne prouvera pas qu’il y a de la vie ailleurs, mais ce sera un premier pas. 

Des télescopes terrestres, comme le VLT dans le désert de l’Atacama, au Chili, peuvent aussi regarder dans le spectre infrarouge et voir des objets à plus de 11 milliards d’années-lumière. Pourquoi lancer un télescope dans l’espace ? 

C’est vrai, des télescopes au sol ont une vision infrarouge. Mais l’atmosphère terrestre pollue ces observations, car les molécules d’eau de notre atmosphère absorbent une partie de la lumière infrarouge, donc une partie des informations manquent. James Webb aura une sensibilité 10 à 100 fois supérieurs à tous les instruments existant. Il détectera donc des objets moins lumineux, mais pourra aussi remonter très loin dans le temps, puisqu’il verra des objets situés à 13,5 milliards d’années-lumière. Nous nous sommes déjà rapprochés des 13 milliards d’années, mais nous n’avons pas forcément pu observer avec précisions ces objets. Or, comme les humains, savoir ce qui arrivé dans l’enfance des premières étoiles ou galaxies explique ce qu’elles sont aujourd’hui. Cela nous permettra de mieux comprendre l’évolution de l’univers. 

Comment fonctionnent les quatre instruments embarqués à bord du télescope ?  

Il y a trois instruments qui regarderont l’espace dans le spectre infrarouge proche et un dans l’infrarouge moyen. La caméra NIRCam (Near-InfraRed Camera) a été fournie par l’université de l’Arizona (États-Unis). Il s’agit du principal instrument pour faire de l’imagerie dans l’infrarouge proche. Il est également équipé d’un coronographe, qui permet de masquer la lumière des étoiles lorsque nous observerons des exoplanètes, ce qui nous permettra de voir des géantes gazeuses relativement jeunes.  

L’imageur NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) fabriqué au Canada, agira en support à NIRCam. Il fera aussi de la spectroscopie, qui permet de capter l’image d’un objet et de la décomposer en différente teinte afin de détecter des signatures nous informant notamment sur sa composition physique et chimique. Il possède un mode dédié pour l’observation des exoplanètes et un autre pour les galaxies.  

Le spectromètre NIRSpec (Near-InfraRed Sprectrometer) développé par l’ESA, est un spectrographe pur. Il va permettre d’observer entre 50 et 200 objets à la fois, ce qui est particulièrement important puisque lorsque nous observons des objets très lointains, cela nécessite des heures, voire des jours d’observation. Or le temps de Webb est précieux. 

Le quatrième instrument, MIRI (Mid InfraRed Instrument), est américano-européen. Il permet de voir encore plus dans le rouge que les autres : c’est le seul qui regardera dans l’infrarouge moyen. C’est un couteau suisse, car c’est un imageur, un spectroscope et un coronographe. 

James Webb sera également équipé d’un bouclier thermique, qui va refroidir ses équipements, pourquoi ? 

Car la chaleur émet de l’infrarouge. Détecter un corps humain dans l’obscurité est par exemple possible grâce à des lunettes infrarouges. Si James Webb n’est pas refroidi, sa propre chaleur pourrait perturber ses observations. Au même titre que si vous voulez regarder le ciel la nuit, il ne faut pas vous mettre sous un lampadaire. Le bouclier thermique va permettre de refroidir à -230°C, alors que du côté exposé au Soleil, il chauffera à +80°C. Notre instrument Miri disposera même d’un cryocooler, construit par les Etats-Unis, un dispositif actif qui le maintiendra à -266°C.  

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Une fois la mise en orbite réussie, et que le JSWT sera officiellement confié aux scientifiques, quand comptez-vous avoir des premiers résultats ? 

Les premières communications scientifiques se feront à partir du mois de juin, date officielle du début du programme scientifique. Celui-ci est déjà arrêté pour la période juin 2022 à juin 2023. Mais en fonction des découvertes, le calendrier qui suivra pourra évoluer : comme pour tous les observatoires au sol, de nouveaux appels d’offres seront ouverts chaque année pour le JWST. Des équipes de chercheurs pourront alors postuler en proposant de nouveaux projets scientifiques. La science s’adapte mais c’est ainsi qu’elle avance, par petits pas. Et sur des durées qui peuvent sembler défier l’entendement. Rétrospectivement, ce qui est intéressant à constater, c’est que depuis l’épopée Hubble, toutes les questions qui restent en suspens valident totalement le télescope James Webb. D’où cet investissement exceptionnel. Croyez-moi, le jeu en vaut largement la chandelle.  

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