2024-04-08 12:22:59
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Si le télescope James Webb était 10 fois plus puissant, pourrions-nous voir le début des temps ? – Sam H., 12 ans, Prosper, Texas
Le télescope spatial James Webb, ou JWST en abrégé, est l’un des télescopes les plus avancés jamais construits. La planification du JWST a commencé il y a plus de 25 ans et les efforts de construction se sont étalés sur plus d’une décennie. Il a été lancé dans l’espace le 25 décembre 2021 et est arrivé en un mois à sa destination finale : à 930 000 milles de la Terre. Sa localisation dans l’espace lui permet une vue relativement dégagée sur l’univers.
La conception du télescope était le fruit d’un effort mondial dirigé par la NASA et destiné à repousser les limites de l’observation astronomique grâce à une ingénierie révolutionnaire. Son miroir est massif – environ 21 pieds (6,5 mètres) de diamètre. C’est près de trois fois la taille du télescope spatial Hubble, lancé en 1990 et qui fonctionne toujours aujourd’hui.
C’est le miroir d’un télescope qui lui permet de capter la lumière. Le JWST est si grand qu’il peut « voir » les galaxies et les étoiles les plus faibles et les plus éloignées de l’univers. Ses instruments de pointe peuvent révéler des informations sur la composition, la température et le mouvement de ces objets cosmiques lointains.
En tant qu’astrophysicien, je regarde continuellement dans le temps pour voir à quoi ressemblaient les étoiles, les galaxies et les trous noirs supermassifs lorsque leur lumière a commencé son voyage vers la Terre, et j’utilise ces informations pour mieux comprendre leur croissance et leur évolution. Pour moi et pour des milliers de scientifiques spatiaux, le télescope spatial James Webb est une fenêtre sur cet univers inconnu.
Jusqu’où JWST peut-il remonter dans le cosmos et dans le passé ? Environ 13,5 milliards d’années.
Cette illustration de la vue de face du télescope spatial James Webb montre son pare-soleil et ses miroirs dorés. NASA/ESA/CSA/Northrop Grumman
Voyage dans le temps
Un télescope ne montre pas les étoiles, les galaxies et les exoplanètes telles qu’elles le sont actuellement. Au lieu de cela, les astronomes ont un aperçu de ce qu’ils étaient dans le passé. Il faut du temps à la lumière pour voyager à travers l’espace et atteindre nos télescopes. Essentiellement, cela signifie qu’un regard dans l’espace est aussi un voyage dans le temps.
Cela est même vrai pour les objets assez proches de nous. La lumière que vous voyez du Soleil l’a quitté environ 8 minutes et 20 secondes plus tôt. C’est le temps qu’il faut à la lumière du Soleil pour atteindre la Terre.
Vous pouvez facilement faire le calcul à ce sujet. Toute lumière – qu’il s’agisse de la lumière du soleil, d’une lampe de poche ou d’une ampoule dans votre maison – se déplace à une vitesse de 186 000 milles (près de 300 000 kilomètres) par seconde. Cela représente un peu plus de 11 millions de miles (environ 18 millions de kilomètres) par minute. Le Soleil est à environ 93 millions de miles (150 millions de kilomètres) de la Terre. Cela fait environ 8 minutes et 20 secondes.
Mais plus quelque chose est éloigné, plus sa lumière met du temps à nous atteindre. C’est pourquoi la lumière que nous voyons de Proxima Centauri, l’étoile la plus proche de nous en dehors de notre Soleil, a 4 ans ; c’est-à-dire qu’elle se trouve à environ 25 000 milliards de milles (environ 40 000 milliards de kilomètres) de la Terre, de sorte que la lumière met un peu plus de quatre ans pour nous atteindre. Ou, comme aiment le dire les scientifiques, quatre années-lumière.
Plus récemment, JWST a observé Earendel, l’une des étoiles les plus éloignées jamais détectées. La lumière que JWST voit depuis Earendel a environ 12,9 milliards d’années.
Le télescope spatial James Webb peut voir 13,5 milliards d’années en arrière, soit l’époque où les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former. STScI
Le Big Bang
Mais est-il possible de remonter au début des temps ?
Le Big Bang est un terme utilisé pour définir le début de notre univers tel que nous le connaissons. Les scientifiques pensent que cela s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années. C’est la théorie la plus largement acceptée parmi les physiciens pour expliquer l’histoire de notre univers.
Le nom est cependant un peu trompeur, car il suggère qu’une sorte d’explosion, comme un feu d’artifice, a créé l’univers. Le Big Bang représente plus fidèlement l’apparition d’un espace en expansion rapide partout dans l’univers. L’environnement immédiatement après le Big Bang était semblable à un brouillard cosmique qui recouvrait l’univers, rendant difficile le passage de la lumière au-delà de celui-ci. Finalement, les galaxies, les étoiles et les planètes ont commencé à se développer.
C’est pourquoi cette époque de l’univers est appelée « l’âge des ténèbres cosmiques ». À mesure que l’univers continuait à s’étendre, le brouillard cosmique commença à s’élever et la lumière fut finalement capable de voyager librement dans l’espace. En fait, quelques satellites ont observé la lumière laissée par le Big Bang, environ 380 000 ans après son apparition. Ces télescopes ont été construits pour détecter la lueur résiduelle du Big Bang, dont la lumière peut être suivie dans la bande des micro-ondes.
Cependant, même 380 000 ans après le Big Bang, il n’existait ni étoiles ni galaxies. L’univers était encore un endroit très sombre. L’âge des ténèbres cosmiques ne prendra fin que quelques centaines de millions d’années plus tard, lorsque les premières étoiles et galaxies commenceront à se former.
Il s’agit d’une image JWST de NGC 604, une région de formation d’étoiles située à environ 2,7 millions d’années-lumière de la Terre. NASA/ESA/ASC/STScI
Le télescope spatial James Webb n’a pas été conçu pour observer aussi loin que le Big Bang, mais plutôt pour observer la période pendant laquelle les premiers objets de l’univers ont commencé à se former et à émettre de la lumière. Avant cette période, il y avait peu de lumière à observer par le télescope spatial James Webb, étant donné les conditions de l’univers primitif et le manque de galaxies et d’étoiles.
Revenir sur la période proche du Big Bang ne consiste pas simplement à disposer d’un miroir plus grand : les astronomes l’ont déjà fait en utilisant d’autres satellites qui observent les émissions de micro-ondes très peu de temps après le Big Bang. Ainsi, le télescope spatial James Webb observant l’univers quelques centaines de millions d’années après le Big Bang ne constitue pas une limitation du télescope. C’est plutôt la mission du télescope. C’est le reflet de l’endroit dans l’univers où nous nous attendons à ce que la première lumière des étoiles et des galaxies émerge.
En étudiant les anciennes galaxies, les scientifiques espèrent comprendre les conditions uniques de l’univers primitif et mieux comprendre les processus qui ont contribué à leur épanouissement. Cela inclut l’évolution des trous noirs supermassifs, le cycle de vie des étoiles et la composition des exoplanètes – des mondes au-delà de notre système solaire –.
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