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

(Dan Tri) - Une machine capable d'observer la lumière des 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, 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 dans l'espace en décembre 2021, le télescope spatial James Webb a orbité autour de la Terre sur plus d'un million de kilomètres, renvoyant des images à couper le souffle de l'espace lointain.

Alors, qu’est-ce qui a permis à Webb de « voir » si loin, même dans le temps, pour explorer l’univers primitif ?

Le secret réside dans le puissant système de caméra de Webb, en particulier dans sa capacité à capturer la lumière infrarouge, un type de lumière que l’œil humain ne peut pas voir.

Lorsque Webb prend une photo d’une galaxie lointaine, les astronomes voient en réalité cette galaxie il y a des milliards d’années.

La lumière de la galaxie a parcouru l'espace pendant des milliards d'années pour atteindre le miroir du télescope. Webb est comme une « machine à remonter le temps » capturant des images de l'univers à ses débuts.

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

Webb : Le télescope qui « voit » la chaleur

Contrairement au télescope Hubble ou aux caméras conventionnelles qui ne capturent que la lumière visible, Webb est conçu pour capturer la lumière infrarouge.

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

Les caméras infrarouges, comme les lunettes de vision nocturne, permettent de « voir » les ondes infrarouges émises par des 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 ne puisse pas être vue par l’œil humain, des appareils spécialisés tels que des caméras infrarouges ou des 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.

La raison pour laquelle Webb utilise la lumière infrarouge est que lorsque la lumière visible provenant de galaxies lointaines voyage dans l'espace, elle s'étire en raison de l'expansion de l'univers.

Cette expansion convertit la lumière visible en lumière infrarouge. Par conséquent, les galaxies les plus lointaines de l'espace ne brillent plus dans la lumière visible, mais dans une faible lumière infrarouge. Webb a été spécialement conçu pour détecter ce type de lumière.

Miroir doré géant : capter la lumière la plus faible

Avant que la lumière n'atteigne la caméra, elle doit être capturée par le miroir doré géant 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 augmenter l'esthétique, mais aussi parce que l'or réfléchit extrêmement bien la lumière infrarouge.

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

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

NIRCam et MIRI : les « yeux » ultra-sensibles de Webb

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

La NIRCam (caméra proche infrarouge) est la caméra principale de Webb, qui capture des images époustouflantes des galaxies et des étoiles. Elle est également équipée d'un coronographe, un dispositif qui bloque la lumière des étoiles afin de photographier des objets très faibles proches de sources lumineuses intenses, comme des planètes en orbite autour d'étoiles brillantes.

NIRCam fonctionne en captant la lumière proche infrarouge (la lumière la plus proche de celle perçue par l'œil humain) et en la décomposant en différentes longueurs d'onde. Cela permet aux scientifiques non seulement de déterminer la forme d'un objet, mais aussi de comprendre sa composition.

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

L'instrument MIRI (infrarouge moyen) détecte les longueurs d'onde infrarouges plus longues, particulièrement utiles pour détecter les objets froids et poussiéreux, comme les étoiles en formation dans les nuages ​​de gaz. MIRI peut même aider à trouver 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 caméras terrestres standard. NIRCam et MIRI peuvent détecter la plus infime quantité de chaleur à des milliards d'années-lumière. Avec la NIRCam de Webb comme yeux, vous pourriez voir la chaleur d'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 des objets lointains, Webb doit rester extrêmement froid. C'est pourquoi il est équipé d'un pare-soleil géant de la taille d'un court de tennis. Ce pare-soleil à cinq couches bloque la chaleur du Soleil, de la Terre et même de la Lune, permettant à Webb de maintenir une température d'environ -223 degrés Celsius.

MIRI doit être encore plus froid ; il dispose donc de son propre réfrigérateur, appelé cryoréfrigérateur, pour le maintenir à une température proche de -266 °C. Si Webb était encore un peu plus chaud, sa propre chaleur étoufferait les faibles signaux qu'il tente de détecter.

Transformez la lumière ambiante en images vives

Lorsque la lumière atteint l'appareil photo de Webb, elle heurte des capteurs appelés détecteurs. Ces détecteurs ne prennent pas de photos classiques comme l'appareil photo d'un 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 l'appareil photo « 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 aident à révéler la structure, l’âge et la composition des galaxies, des étoiles et plus encore.

En utilisant un miroir géant pour collecter la lumière infrarouge invisible et l'envoyer vers des caméras ultra-froides, le télescope spatial James Webb nous a permis de voir des galaxies se former dès le début 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