Le télescope spatial James Webb de la NASA. Crédit : NASA Goddard Space Flight Center et Northrup Grumman
Après la première année de fonctionnement du télescope spatial James Webb, les astronomes sont inondés de nouvelles observations qui mettent en lumière les étoiles et les galaxies les plus anciennes.
Au cours de sa première année de fonctionnement, le télescope spatial James Webb de la NASA a réalisé des performances que l’on ne peut qualifier que de stellaires.
Lancé à la fin de l’année 2021 après des années de retard, l’observatoire – le télescope spatial le plus grand et le plus coûteux de la NASA à ce jour – a été à la hauteur de ce qu’on attendait de lui. En juillet dernier, le public a eu un premier aperçu de la puissance du télescope, lorsque les astronomes ont publié l’une des premières images prises par l’observatoire, montrant un amas de galaxies en rotation, chacune capturée dans des détails spectaculaires et lumineux à une distance de 4,6 milliards d’années-lumière.
Depuis lors, le JWST a retiré d’autres couches de poussière cosmique pour révéler des étoiles, des planètes, des galaxies et d’autres structures astrophysiques avec une clarté sans précédent, à la fois dans notre galaxie immédiate et jusqu’aux moments les plus lointains et les plus anciens.
Le JWST a récemment fêté son premier anniversaire, et les scientifiques ont marqué cette étape en organisant une conférence de cinq jours au MIT, baptisée « First Light ». La réunion a rassemblé plus de 150 astronomes du monde entier, dont beaucoup ont travaillé directement avec les données du JWST, à la recherche de signes de la première lumière de l’univers. La réunion comprenait un événement public au musée du MIT, où les astronomes ont partagé leurs expériences de travail avec le télescope. Anna-Christina Eilers, organisatrice de la conférence et titulaire d’une bourse Pappalardo à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT, a présenté à MIT News les grandes lignes de ce que les astronomes ont appris au cours de la première année d’observation du JWST et de ce que le télescope pourrait encore révéler dans les années à venir.
Cette image, prise par le télescope spatial James Webb de la NASA en août 2022, montre une petite partie du ciel (de la taille d’un dixième du diamètre de la lune) autour du quasar le plus brillant connu à ce jour dans l’univers très lointain. La lumière de ce quasar a parcouru plus de 13 milliards d’années-lumière dans notre univers avant de tomber sur les miroirs du JWST. Crédit : équipe EIGER
Q : Qu’est-ce que les astronomes ont vu jusqu’à présent de la « première lumière » de l’univers ?
A : Rechercher la première lumière signifie que nous essayons de remonter le temps dans l’univers très lointain pour essayer de voir la lumière des premiers objets qui existaient dans l’univers. Le JWST nous a vraiment permis de repousser cette limite dans le temps, de sorte que nous sommes désormais en mesure de percer l’univers plus loin qu’auparavant.
Le JWST a permis de faire toute une série de découvertes très surprenantes sur l’univers primitif. Par exemple, nous avons trouvé des galaxies massives dans les premières centaines de millions d’années du temps cosmique. Il faut donc remonter plus de 13 milliards d’années en arrière. Nous avons trouvé des galaxies beaucoup plus massives, avec beaucoup plus d’étoiles et plus évoluées que ce que nous avions prévu dans nos modèles d’évolution des galaxies. De même, nous avons trouvé des trous noirs supermassifs, qui résident au centre de chaque galaxie, beaucoup plus massifs que ce que nos modèles actuels prévoient à cette époque cosmique très précoce. Ces découvertes ont ouvert plus de questions qu’elles n’ont apporté de réponses, car nous essayons maintenant de comprendre comment ces galaxies et ces trous noirs peuvent évoluer pour croître aussi rapidement dans un laps de temps cosmique très court.
L’un des principaux résultats obtenus grâce au JWST est que, pour la première fois, nous pouvons voir la lumière des galaxies hôtes des quasars. Les quasars sont des trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies, qui croissent activement et accostent la matière de leur environnement, et ce processus d’accrétion rend ces trous noirs incroyablement lumineux. Par conséquent, les quasars sont les objets les plus lumineux que nous connaissions dans l’univers, et nous pouvons les observer à de très grandes distances et les voir au tout début du temps cosmique. Une question est toujours restée sans réponse : à quoi ressemble la galaxie hôte de ces quasars ? Sont-elles déjà très massives, ce qui pose des problèmes pour la formation de ces objets ? Les trous noirs se développent-ils d’abord, puis les galaxies les rattrapent plus tard ? C’est une question que nous pouvons étudier pour la première fois.
Dans l’ensemble, il est surprenant de voir ces objets très évolués à une époque où l’on s’attendait à ce que l’univers n’en soit qu’à ses débuts et qu’il n’y ait pas beaucoup d’objets évolués du tout. Je ne pense pas que l’on s’attendait à voir autant d’objets à une époque aussi précoce de l’histoire du cosmos.
Q : Qu’a-t-on appris sur le fonctionnement du télescope au cours de sa première année d’existence ?
A : Le télescope est vraiment plus performant à presque tous les niveaux. Il est beaucoup plus sensible et dispose de beaucoup plus de capacités que ce que l’on avait imaginé. Par exemple, dans le cadre du programme sur lequel j’ai travaillé l’année dernière, nous avons étudié les champs de quasars dans l’univers primitif et nous nous attendions à trouver quelques dizaines de galaxies dans le champ. Le télescope nous a permis de détecter plus de 100 galaxies dans ces champs, ce qui est presque un facteur 10 de plus que ce que nous avions prévu.
Cela nous permet d’envisager une utilisation plus ambitieuse et plus aventureuse du télescope. Les propositions scientifiques pour la prochaine année d’observation sont plus créatives et plus ambitieuses dans ce que nous voulons essayer.
Q : Qu’espérez-vous voir au cours de la deuxième année d’observation ?
A : Le programme qui m’enthousiasme le plus vise à comprendre comment se forment les premiers trous noirs supermassifs. La question de savoir comment ces trous noirs évoluent, passant de très petits vestiges stellaires à ces trous noirs d’une masse d’un milliard de solaires, en un laps de temps cosmique très court, nous a vraiment laissés perplexes. Grâce au JWST, nous découvrons aujourd’hui encore plus de trous noirs supermassifs dans les premiers instants de l’univers, ce qui rend le problème encore plus difficile à expliquer.
L’ensemble de la communauté attendait depuis des décennies le lancement de cet instrument, et le JWST est en train de révolutionner notre domaine. Pour cette semaine, c’est le moment idéal pour rassembler les gens afin de comprendre à quoi ressemblent les premières données du télescope et ce que les gens ont appris sur le fonctionnement des instruments. J’espère que nous aurons beaucoup de bonnes discussions sur les nouvelles idées et les nouveaux résultats lors de cette conférence.