Le secret qui permet au télescope James Webb d'explorer l'univers primordial

(Dan Tri) – Une machine capable de détecter la lumière de galaxies formées il y a 13 milliards d'années. Le télescope James Webb a été construit pour concrétiser cette mission.

« La machine à remonter le temps » explore l’univers primitif

Image de la nébuleuse NGC 604, située à environ 2,7 millions d'années-lumière de la Terre, prise par le télescope spatial James Webb (Photo : NASA/ESA/CSSA/STScl).

Depuis son lancement en décembre 2021, le télescope spatial James Webb a parcouru plus d'un million de kilomètres en orbite autour de la Terre, renvoyant des images époustouflantes de l'espace profond.

Qu’est-ce qui a donc permis à Webb de « voir » aussi loin, même en remontant le temps pour explorer l’univers primitif ?

Le secret réside dans le puissant système de caméra de Webb, et notamment dans sa capacité à capturer la lumière infrarouge – un type de lumière invisible à l'œil nu.

Lorsque le télescope Webb prend une photo d'une galaxie lointaine, les astronomes observent en réalité cette galaxie telle qu'elle était il y a des milliards d'années.

La lumière de la galaxie a voyagé à travers l'espace pendant des milliards d'années pour atteindre le miroir du télescope. C'est comme si Webb était une « machine à remonter le temps » capturant des images de l'univers à ses premiers instants.

En utilisant un miroir géant pour collecter cette lumière ancestrale, Webb découvre de nouveaux secrets sur l'univers.

Webb : Le télescope qui « voit » la chaleur

Contrairement au télescope Hubble ou aux appareils photo conventionnels, qui ne prennent que des photos en lumière visible, le télescope Webb est conçu pour enregistrer la lumière infrarouge.

La lumière infrarouge possède des longueurs d'onde plus longues que la lumière visible ; elle est donc invisible à l'œil nu. Cependant, le télescope Webb peut capter ce type de lumière pour étudier les objets les plus anciens et les plus lointains de l'univers.

Les caméras infrarouges, à l'instar des lunettes de vision nocturne, permettent de « voir » les ondes infrarouges émises par les objets chauds comme les personnes et les animaux. La température de l'image est mesurée en degrés Fahrenheit (image : NASA/JPL-Caltech).

Bien que la lumière infrarouge soit invisible à l'œil nu, des appareils spécialisés tels que les caméras infrarouges ou les capteurs thermiques peuvent la détecter sous forme de chaleur.

Les lunettes de vision nocturne, qui utilisent la lumière infrarouge pour détecter les objets chauds dans l'obscurité, en sont un parfait exemple. Webb utilise également une technologie similaire pour étudier les étoiles, les galaxies et les planètes.

Si Webb utilise la lumière infrarouge, c'est parce que la lumière visible provenant de galaxies lointaines, en traversant l'espace, s'étire en raison de l'expansion de l'univers.

Cette expansion convertit la lumière visible en lumière infrarouge. De ce fait, les galaxies les plus lointaines de l'espace ne brillent plus en lumière visible, mais en une faible lumière infrarouge. Le télescope Webb est spécifiquement conçu pour détecter ce type de lumière.

Miroir doré géant : Collecter la lumière la plus faible

Avant d'atteindre la caméra, la lumière doit être capturée par le miroir géant en or de Webb, qui mesure plus de 6,5 mètres de large et est composé de 18 miroirs plus petits disposés comme un nid d'abeilles.

La surface du miroir est recouverte d'une fine couche d'or, non seulement pour des raisons esthétiques, mais aussi parce que l'or réfléchit extrêmement bien la lumière infrarouge.

Ce miroir capte la lumière provenant de l'espace lointain et la réfléchit sur les instruments du télescope. Plus le miroir est grand, plus il capte de lumière et plus sa portée est grande. Le miroir du télescope Webb est le plus grand jamais envoyé dans l'espace par l'homme.

Le grand miroir du télescope Webb, composé de 18 petits miroirs hexagonaux et recouvert d'or (photo : NASA).

NIRCam et MIRI : les « yeux » ultrasensibles de Webb

Les deux instruments scientifiques les plus importants du Webb, qui font office de caméras, sont NIRCam et MIRI.

La caméra NIRCam (Near Infrared Camera) est la caméra principale du télescope Webb ; elle prend des images exceptionnelles de galaxies et d’étoiles. Elle est également équipée d’un coronographe, un dispositif qui bloque la lumière des étoiles afin de photographier des objets très peu lumineux situés près de sources de lumière intense, comme des planètes orbitant autour d’étoiles brillantes.

La caméra NIRCam fonctionne en capturant la lumière proche infrarouge (la plus proche de celle que l'œil humain peut percevoir) et en la décomposant en différentes longueurs d'onde. Cela permet aux scientifiques de déterminer non seulement la forme d'un objet, mais aussi sa composition.

Dans l'espace, différents matériaux absorbent et émettent de la lumière infrarouge à des longueurs d'onde spécifiques, créant ainsi une « signature chimique » unique. En étudiant ces signatures, les scientifiques peuvent en apprendre davantage sur les propriétés des étoiles et des galaxies lointaines.

MIRI (instrument infrarouge moyen) détecte les longueurs d'onde infrarouges plus longues, particulièrement utiles pour détecter les objets froids et poussiéreux, comme les étoiles en formation au sein de nuages ​​de gaz. MIRI peut même fournir des indices sur les types de molécules présentes dans l'atmosphère des planètes susceptibles d'abriter la vie.

Ces deux caméras sont bien plus sensibles que les appareils photo classiques utilisés sur Terre. NIRCam et MIRI peuvent détecter des quantités infimes de chaleur provenant de milliards d'années-lumière. Si vous aviez la NIRCam du télescope Webb comme yeux, vous pourriez voir la chaleur émise par une abeille sur la Lune.

Premières images en champ profond de Webb : image MIRI à gauche et image NIRCam à droite (image : NASA).

Pour détecter la faible chaleur émise par des objets lointains, le télescope Webb doit rester à une température extrêmement basse. C'est pourquoi il est équipé d'un immense écran solaire de la taille d'un court de tennis. Cet écran solaire à cinq couches bloque la chaleur du soleil, de la Terre et même de la lune, maintenant ainsi Webb à une température d'environ -223 degrés Celsius.

MIRI doit être encore plus froid ; il est donc équipé d'un réfrigérateur spécial, appelé cryorefroidisseur, pour le maintenir à une température proche de -266 °C. Si Webb était ne serait-ce qu'un peu plus chaud, sa propre chaleur masquerait les faibles signaux qu'il tente de détecter.

Transformer la lumière spatiale en images saisissantes

Lorsque la lumière atteint l'appareil photo de Webb, elle frappe des capteurs appelés détecteurs. Ces détecteurs ne prennent pas de photos classiques comme un appareil photo de téléphone.

Au lieu de cela, ils convertissent la lumière infrarouge en données numériques, qui sont ensuite renvoyées sur Terre, où les scientifiques les traitent et les transforment en images en couleur.

Les couleurs que nous voyons sur les images de Webb ne correspondent pas à ce que la caméra « voit » directement. La lumière infrarouge étant invisible, les scientifiques attribuent des couleurs à différentes longueurs d'onde pour nous aider à comprendre le contenu de l'image.

Ces images traitées permettent de révéler la structure, l'âge et la composition des galaxies, des étoiles et bien plus encore.

En utilisant un miroir géant pour collecter la lumière infrarouge invisible et l'envoyer à des caméras ultra-froides, le télescope James Webb nous a permis d'observer la formation des galaxies dès les débuts de l'univers, ce qui signifie que nous voyons ce qui s'est passé il y a environ 14 milliards d'années.

Source : https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm