Le rôle du Canada
Crédit: Northrop Grumman.
Le télescope Webb sera le plus important télescope spatial de la prochaine décennie. En tant que membre collaborateur de la mission, le Canada a une occasion unique de mettre en valeur son expertise technique et scientifique en astronomie spatiale grâce à ses contributions d’instruments à la mission et à son soutien continu aux scientifiques des institutions canadiennes qui travaillent dans l’équipe Webb.
En échange de ses contributions, le Canada reçoit une part garantie du temps d’observation de Webb, ce qui promet des découvertes scientifiques immédiates pour les astronomes canadiens.
LES INSTRUMENTS CANADIENS
Les contributions du Canada au télescope Webb, le Fine Guidance Sensor (FGS) et le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS), ont été livrées en une seule unité au Goddard Space Flight Center de la NASA en 2012. Crédit: NASA.
Le Canada a fourni au télescope Webb le Fine Guidance Sensor (FGS) et l’instrument Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS). Les deux composants ont été regroupés en une seule unité de la taille d’une machine à laver qui pèse environ 150 kilogrammes.
Le Fine Guidance Sensor
Lorsqu’un télescope veut prendre des images claires, il doit pointer vers l’objet qu’il étudie et le fixer avec précision dans le ciel. Webb se mettra en position pour ses observations à l’aide d’un système de gyroscopes, mais il devra aussi savoir où regarder.
Le Fine Guidance Sensor (FGS) de fabrication canadienne est une caméra infrarouge qui fait office d’œil pour Webb. Pour obtenir des images claires et détaillées de l’Univers, Webb utilise le FGS pour se fixer sur la position d’une étoile avec une très grande précision.
Le FGS et le système de gyroscopes de Webb fonctionnent ensemble avec la dernière pièce optique de Webb appelée le fine steering mirror (FSM) pour stabiliser le faisceau lumineux provenant des objets de l’espace lointain. Grâce à l’apport du FGS, le FSM peut basculer et s’incliner de minuscules quantités très rapidement pour corriger un faisceau lumineux instable sans avoir à déplacer tout le télescope. Toutes les observations scientifiques effectuées par Webb impliqueront l’utilisation du FGS.
Le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph
Le Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) du Canada photographie et recueille les spectres de nombreux types d’objets célestes. Un spectre montre exactement la luminosité d’un objet à différentes longueurs d’onde, ou couleurs. Cela permet d’obtenir des informations détaillées sur les caractéristiques de l’objet observé. NIRISS utilise une caméra infrarouge sensible à la lumière infrarouge entre 0,6 et 5,0 microns. Une fois captée la lumière infrarouge d’un objet peut être décomposée en un spectre à l’aide d’un outil appelé grisme, qui est similaire aux prismes utilisés pour décomposer la lumière du soleil en un arc-en-ciel.
NIRISS dispose également d’un autre mode qui lui permets de prendre une image et des spectres simultanément grâce à une technique appelée l’interférométrie qui permet aux scientifiques d’examiner des objets très proches les uns des autres.
NIRISS et tous les autres instruments scientifiques seront mis en marche lorsqu’ils seront nécessaires pour des programmes scientifiques spécifiques. Les commandes pour ce faire seront envoyées depuis le Webb Science and Operation Center du Space Telescope Science Institute à Baltimore, aux États-Unis.
NIRISS pourra étudier les atmosphères des exoplanètes et déterminer leur composition, observer des galaxies lointaines et examiner des objets très proches l’un de l’autre dans le ciel.
L’ÉQUIPE CANADIENNE
Une partie de l’équipe canadienne du JWST lors d’une réunion à Honeywell à Kanata, Ontario, en 2019.
Le projet scientifique Webb au Canada est dirigé par:
- Chercheur principal: Prof. René Doyon, Université de Montréal
- Scientifique en chef du projet: Dr. Chris Willott, NRC-Herzberg Astronomy & Astrophysics
Des chercheurs venant de plusieurs institutions et d’universités composent aussi l’équipe scientifique canadienne de Webb:
- NRC-Herzberg Astronomy & Astrophysics
- Saint-Mary’s University
- Université de Montréal
- University of Toronto
- York University
- Cornell University
- Space Telescope Science Institute
- University of Michigan
- University of Rochester
L’équipe chargée des instruments
Le financement de la partie canadienne de la mission Webb est assuré par l’Agence spatiale canadienne (ASC). L’unité FGS/NIRISS a été construite, testée et entretenue par Honeywell. Des scientifiques de plusieurs autres instituts ont également travaillé sur l’instrument canadien et le guideur:
- NASA
- Space Telescope Science Institute
- Université de Montréal
PROJETS SCIENTIFIQUES CANADIENS
Les scientifiques canadiens seront parmi les premiers à utiliser les données prises par le télescope Webb pour faire de nouvelles découvertes sur l’Univers.
Grâce à l’importante contribution de l’ASC à la mission, le Canada aura un accès garanti à environ 5 % du temps d’observation de Webb réservé aux programmes sélectionnés par un processus compétitif pour le programme d’observations générales (GO). Ces programmes scientifiques seront choisis sur une base annuelle pendant que Webb sera opérationnel.
La contribution du Canada à l’instrument scientifique NIRISS et au Fine Guidance Sensor a également permis de garantir 450 heures de temps Webb dans le cadre du programme d’observations en temps garanti (GTO) au cours des premières années de la mission.
Enfin, un programme scientifique dirigé par le Canada a été sélectionné pour le programme compétitif Early Release Science (ERS) qui aura un temps prioritaire pendant la première année d’observation de Webb.
Programmes d’observations en temps garanti (GTO)
En échange de la contribution des instruments canadiens, l’équipe scientifique canadienne de Webb s’est vu attribuée 450 heures de temps d’observation garanti sur l’instrument canadien NIRISS et les autres instruments de Webb.
Sept petits programmes abordant des sujets tels que les planètes errantes, les naines brunes et les exoplanètes représenteront 47 de ces heures. Les 403 heures restantes seront réparties entre deux programmes principaux. Cliquez ici pour voir une liste complète des programmes GTO canadiens.
CANUCS: CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey
Chris Willott, scientifique chargé du projet JWST, présente le programme CANUCS. Crédit: RASC Victoria.
Responsable: Dr. Chris Willott, NRC-Herzberg
Durée du programme: 199 heures
Instruments utilisés: NIRISS, NIRCam, NIRSpec
Objectif: étudier certaines des toutes premières galaxies jamais formées ; comprendre l’évolution des galaxies naines à travers le temps
Le programme CANUCS permettra d’observer les premières galaxies grâce à une technique appelée « lentille gravitationnelle ». Des groupes massifs de galaxies appelés amas peuvent déformer et amplifier la lumière des premières galaxies, ce qui les rend plus faciles à observer.
Les grandes masses telles que les amas de galaxies peuvent déformer l’espace-temps. Elles agissent comme une lentille gravitationnelle qui déforme la lumière émise par les galaxies en arrière-plan. L’image perçue des galaxies d’arrière-plan peuvent également être agrandies, ce qui les rend plus faciles à observer. Crédit: NASA/ESA/L. Calçada.
L’instrument NIRISS collectera des images et des spectres de ces galaxies à différentes périodes de l’histoire de l’Univers. Cela aidera les scientifiques à mieux comprendre comment les galaxies ont évolué au fil du temps.
Le grand miroir de Webb sera particulièrement utile pour observer de très petites galaxies appelées galaxies naines. Le programme CANUCS nous aidera également à mieux comprendre la matière sombre et la formation des étoiles dans les très grands amas de galaxies.
NEAT: NIRISS Exploration of the Atmospheric diversity of Transiting exoplanets
PDavid Lafrenière, membre de l’équipe scientifique du JWST, dirige le programme scientifique NEAT. Crédit: Luc Turbide/Université de Montréal.
Responsable: Prof. David Lafrenière, Université de Montréal
Durée du programme: 204 heures
Instrument utilisé: NIRISS
Objectif: observer et étudier les atmosphères des exoplanètes, y compris leur composition et leur température
Le programme NEAT étudiera les exoplanètes, c’est-à-dire les planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil. Les exoplanètes sont souvent détectées lorsqu’elles passent, ou transitent, devant leur étoile hôte et en bloquent en partie leur lumière.
Alors que l’exoplanète elle-même bloque la lumière de l’étoile, une partie de la lumière de l’étoile passe à travers l’atmosphère de l’exoplanète. L’instrument NIRISS recueillera les spectres de cette lumière stellaire qui montreront les signatures de certaines molécules présentes dans l’atmosphère des exoplanètes. Cette méthode est appelée la spectroscopie de transit.
Lorsque la lumière des étoiles traverse l’atmosphère d’une planète, certaines parties de la lumière sont absorbées par les éléments de l’atmosphère. En étudiant la lumière des étoiles à l’aide de ces raies d’absorption, les scientifiques peuvent déterminer la composition de l’atmosphère de la planète. Crédit: Christine Daniloff/MIT, Julien de Wit.
Certaines des cibles du programme NEAT sont des planètes rocheuses comme la Terre. L’équipe NEAT espère faire la toute première détection d’une atmosphère sur une telle planète. Cela pourrait nous donner des indices sur si ces planètes sont habitables ou non.
Programmes Early Release Science (ERS)
Afin de tirer rapidement le meilleur parti du potentiel scientifique de Webb, une partie des cinq premiers mois d’activité de Webb a été consacrée à des programmes spéciaux de Early Release Science (ERS).
Les programmes ERS proposés ont été soumis à un processus compétitif avant d’être choisis en fonction de leur mérite scientifique et de leur bénéfice pour la communauté astronomique mondiale.
L’un des 13 programmes ERS choisis est dirigé par une astronome canadienne.
Radiative Feedback from Massive Stars as Traced by Multiband Imaging and Spectroscopic Mosaics
Els Peeters mène un des 13 programmes ERS sur Webb lors de la première année de sa mission. Crédit: Western University.
Responsable: Prof. Els Peeters, Western University
Durée du programme: 28 heures
Instruments utilisés: NIRCam, NIRSpec, MIRI
Objectif: étudier l’interaction entre la lumière émise par les étoiles très massives et leur environnement et comment cela affecte la matière entre les étoiles appelée le milieu interstellaire (ISM)
L’espace entre les étoiles est souvent rempli de gaz et de poussières qui peuvent être chauffés par la lumière produite par ces étoiles. Ce réchauffement peut être si intense que la chimie du gaz et des poussières se modifie et que les molécules se décomposent – ou se dissocient. Ces régions sont appelées régions de photodissociation (PDR).
La Grande Nébuleuse d’Orion est une région de l’espace où les étoiles se forment à partir de nuages de poussière. La barre visible dans le quart inférieur gauche de l’image est la barre d’Orion, une région de photodissociation (PDR), où la lumière des étoiles se réchauffe et modifie le gaz à proximité. Crédit: NASA/C. O’Dell/S. Wong.
Un exemple bien connu de PDR est la barre d’Orion, qui fait partie de la nébuleuse d’Orion située dans la constellation d’Orion.
Une grande partie de la lumière infrarouge des galaxies est produite par ces PDR. L’étude des processus chimiques et physiques qui se produisent dans ces régions permettra aux scientifiques de mieux comprendre comment les étoiles interagissent avec leur environnement.