Mission scientifique
MONDES EXTRATERRESTRES
Les panaches glacés d’Encélade, une des lunes de glace de Saturne, ont été visités par la sonde Cassini de la NASA pour mieux comprendre l’océan liquide qui se trouve sous la croûte de glace de cette lune. Crédit: NASA/JPL.
Les humains connaissent l’existence de planètes autres que la Terre depuis des milliers d’années. Notre capacité à les observer de près est cependant beaucoup plus récente. Webb permettra aux scientifiques de les étudier plus en détail que jamais auparavant.
Dans notre propre Système solaire, nous voyons une variété de différents types de corps célestes, et nous avons envoyé des sondes spatiales pour en explorer un grand nombre. Les lunes des planètes géantes gazeuses, Jupiter et Saturne, comptent parmi les objets les plus intrigants.
La lune de Jupiter, Europe, et la lune de Saturne, Encélade, sont toutes deux des mondes d’eau fascinants. Leurs épaisses croûtes glacées cachent un océan liquide qui est libéré sous forme de vapeur d’eau par des volcans de glace appelés cryovolcans. Titan, une lune de Saturne, possède de grands lacs de méthane à sa surface.
Les astronomes ont également découvert des milliers d’exoplanètes au-delà de notre Système solaire au cours des dernières décennies. Ces mondes sont très variés, allant de « super-Terres » rocheuses à de gigantesques « Jupiters chaudes » trouvés très près de leur étoile hôte.
Webb pourra étudier les atmosphères des corps du Système solaire et des exoplanètes, en déterminant les éléments qui les composent. Cela dévoilera le potentiel de ces mondes à accueillir la vie et pourrait même détecter des signes de vie extraterrestre connus sous le nom de biosignatures.
Le Very Large Telescope du European Southern Observatory a pris la première image d’une planète en train de naître dans un disque protoplanétaire. La planète se démarque, visible sous la forme d’un point lumineux à droite du centre de l’image, qui est occulté par un masque utilisé pour bloquer la lumière aveuglante de l’étoile centrale. Crédit: ESO/A. Müller et al.
La capacité de Webb à observer l’Univers dans l’infrarouge moyen permettra également aux astronomes d’étudier les systèmes solaires en cours de formation. Ces jeunes systèmes poussiéreux se trouvent dans des « disques protoplanétaires » qui bloquent la lumière visible et ne peuvent être étudiés qu’à l’aide d’instruments comme ceux de Webb.
Une équipe canadienne dirige le projet NEAT qui étudiera les atmosphères des exoplanètes à l’aide de l’instrument NIRISS de Webb, construit au Canada.
LE CYCLE DE VIE STELLAIRE
Le cycle de vie d’une étoile est fortement affecté par la masse de l’étoile, mais suit toujours un certain chemin : naissance, combustion, épuisement du combustible et mort. Les étoiles de taille moyenne comme notre Soleil se transformeront en étoiles géantes rouges après plusieurs milliards d’années, avant de se débarrasser de leurs enveloppes formant une nébuleuse planétaire et laissant derrière elles une naine blanche. Les étoiles très massives se gonfleront rapidement avant d’exploser dans une supernova et laisseront derrière elles une étoile à neutrons ou un trou noir. Dans les deux cas, la poussière et les gaz libérés par la mort de l’étoile seront recyclés dans une nébuleuse où de nouvelles étoiles se formeront. Crédit: NASA/Night Sky Network.
Le Soleil et les autres étoiles semblent immuables dans notre ciel, mais ils changent en fait de manière radicale tout au long de leur vie. Leur durée de vie, contrairement à celle des humains, peut atteindre plusieurs millions, voire des dizaines de milliards d’années.
Comprendre le cycle de vie des étoiles veut dire mieux comprendre les éléments qui composent notre corps et la plupart des êtres vivants et des objets qui nous entourent. Est-il vrai que nous sommes tous faits de poussière d’étoiles ? Lorsque les étoiles brûlent leur combustible et pour ensuite mourir dans une explosion impressionnante, elles agissent comme des usines massives où les éléments constitutifs bruts de l’Univers sont créés, recyclés et redistribués.
En fonction de la masse d’une étoile, le cours de sa vie peut prendre des chemins très différents. Une étoile comme le Soleil va se transformer en une étoile géante rouge avant d’expulser son enveloppe gazeuse et laisser derrière elle un joyau solitaire: une étoile naine blanche.
Une étoile de grande masse, au moins cinq fois plus massive que notre Soleil, explosera en une spectaculaire supernova une fois qu’elle sera à court de carburant. Selon la masse des restes de l’explosion, ceux-ci s’effondreront en un petit noyau de neutrons très dense appelé étoile à neutrons ou en trou noir. L’attraction gravitationnelle de ces trous noirs est si intense que même la lumière ne peut l’échapper, ce qui les rend invisibles et très difficiles à étudier.
De nombreux stades de la vie d’une étoile sont encore entourés de mystère – et littéralement enveloppés de denses nuages de poussière et de gaz que la lumière visible ne peut pas pénétrer. La lumière infrarouge, elle, peut transpercer ces nuages. Webb sera en mesure de regarder à travers la poussière et le gaz et de nous en dire plus sur des étapes du cycle de vie des étoiles jusqu’à présent bien mystérieuses.
Une naine brune est un étrange objet cosmique qui n’est pas tout à fait une étoile de faible masse ni tout à fait une planète géante gazeuse. Crédit: NASA/ESA/A. Simon, NASA GSFC.
Les scientifiques sont également conscients d’un type étrange d’objet cosmique appelé naine brune. Celles-ci ne sont pas facilement classées comme planètes ou étoiles, mais présentent des caractéristiques des deux. Elles ne sont pas assez massives pour créer leur propre lumière stellaire, mais elles sont tout de même plus chaudes que les planètes et brillent donc dans l’infrarouge. Cela fait de Webb le télescope idéal pour étudier les naines brunes et, espérons-le, mieux comprendre leur nature.
Une équipe internationale dirigée par l’astronome canadienne Els Peeters étudiera les régions autour des étoiles très massives afin de mieux comprendre comment ces étoiles affectent leur environnement.
LES GALAXIES À TRAVERS LE TEMPS
L’image du champ ultra profond de Hubble montre certaines des galaxies les plus lointaines jamais observées par un télescope optique. Crédit: NASA/ESA/H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer and Z. Levay (STScI), R. Windhorst (ASU).
Jusqu’au début des années 1900, notre propre galaxie – la Voie lactée – était considérée comme une île cosmique isolée avec rien au-delà de ses frontières. L’astronome Edwin Hubble a réussi à prouver en 1923 qu’une tache floue dans notre ciel, appelée la grande nébuleuse d’Andromède, se trouvait en fait au-delà de la Voie lactée. Cette découverte à elle seule a dévoilé l’immensité de notre Univers parsemé d’innombrables galaxies dont la Voie lactée n’est qu’une.
Le télescope spatial Hubble a observé des galaxies dans des « champs profonds » de notre Univers qui remontent à des milliards d’années. En utilisant ces images, les astronomes ont déterminé que l’apparence des galaxies a beaucoup changé au cours des 13,8 milliards d’années d’histoire de l’Univers. Il y a environ 10 milliards d’années, les galaxies étaient beaucoup plus actives, entraient en collision plus fréquemment et formaient des étoiles à un rythme plus rapide.
Les premières galaxies qui se sont formées seulement quelques centaines de millions d’années après le Big Bang étaient très brillantes dans la lumière ultraviolette et visible. En raison d’un phénomène appelé « décalage au rouge », cette lumière se transforme en lumière infrarouge lorsqu’elle nous atteint. Afin d’étudier ces toutes premières galaxies, les instruments infrarouges de Webb seront extrêmement précieux.
En utilisant certains des instruments de Webb appelés spectrographes, les scientifiques pourront également décomposer la lumière des galaxies pour étudier les éléments et les processus qui ont alimenté la formation et l’activité des jeunes galaxies et de leurs jeunes étoiles.
Enfin, Webb aidera également les scientifiques à étudier certaines des parties les plus déroutantes des galaxies, notamment leurs trous noirs supermassifs en leur centre et la mystérieuse matière sombre qui s’éparpille à travers dans l’espace sans émettre aucune lumière.
Une équipe canadienne dirige le projet CANUCS qui étudiera certaines des premières galaxies et amas de galaxies à l’aide de l’instrument NIRISS de Webb, construit au Canada.
L’UNIVERS PRIMITIF
Webb pourra remonter jusqu’au moment où les premiers objets brillants (étoiles et galaxies) se sont formés dans l’Univers primitif. Crédit: STScI.
Les scientifiques ont donné un nom au tout premier moment de notre Univers : le Big Bang. Cet instant reste entouré de mystère, mais une meilleure compréhension de notre passé peut aussi nous aider à comprendre notre avenir.
Les astronomes ont calculé que l’âge de l’Univers est d’environ 13,8 milliards d’années. Le télescope spatial Hubble a pu voir les 500 premiers millions de ces années. Avec son miroir plus grand et ses instruments infrarouges, Webb pourra voir encore plus loin dans le temps, jusqu’à la formation de certaines des premières galaxies.
Comme la lumière met du temps à voyager dans l’espace (300 000 km par seconde), la lumière émise d’objets célestes que nous observons ici sur Terre est en fait assez ancienne et a été émise par ces objets il y a de nombreuses années. La lumière met 8 minutes pour voyager de notre Soleil à la Terre, ce qui signifie que nous voyons le Soleil tel qu’il était il y a 8 minutes. Nous disons que le Soleil est à une distance de 8 « minutes lumière » de la Terre.
Grâce à son grand miroir et à ses instruments sensibles, Webb pourra observer la lumière ancienne des débuts de l’univers. Cela permettra à Webb d’agir comme une machine à remonter le temps et donnera aux scientifiques des indices importants sur certains des grands mystères de cette époque.