Aujourd’hui, 365 jours après que la NASA a publié le premier lot de données et d’images de la mission, il est clair que JWST peut produire des scènes de science dure et de beauté avec la même passion. La NASA célèbre le premier anniversaire du lancement scientifique du JWST Sortie d’un nouveau film, démontrant la capacité du télescope à réimaginer l’univers. L’image dramatique et quelque peu hallucinante capture l’activité du complexe nuageux de Rho Ophiuchi, la région de formation d’étoiles la plus proche de la Terre, où des systèmes planétaires comme le nôtre peuvent en être aux premiers stades de la formation.
« Le télescope fonctionne mieux que prévu », a déclaré l’astrophysicienne de la NASA Jane Rigby, qui est devenue scientifique principale du projet JWST au début du mois.
Rigby a déclaré que la communauté scientifique était un peu conservatrice dans la planification du programme de la première année d’observations, mais cette année prochaine, la science tirera pleinement parti de ce que le télescope peut faire. « Nous devenons plus audacieux dans la deuxième année. »
Le voyage de JWST autour du Soleil n’a pas été sans ralentisseurs. La première année d’opérations scientifiques comprenait une brève pause dans la collecte de données pour des raisons de sécurité et une collision à couper le souffle avec la poussière spatiale qui a obligé les responsables du projet à faire voler l’observatoire plus ou moins en arrière à partir de maintenant.
Mais les scientifiques travaillant avec les données téléchargées du télescope sont ravis de ses performances, qui examinent la partie infrarouge du spectre, recueillant de la lumière que son prédécesseur, le télescope spatial Hubble, ne pouvait pas.
Le gros titre jusqu’à présent est que JWST a repéré des galaxies étonnamment brillantes dans l’univers primitif. C’était un peu déroutant.
Non, JWST ne réfute pas la théorie du Big Bang. La cosmologie ne va pas dans le sens de la phrénologie. Mais les observations de tant de lumière dès les premiers stades de la formation des galaxies ont conduit à se gratter la tête. L’observation et la théorie ne sont pas bien alignées.
« Je pense qu’il y a une tension », a déclaré le physicien Massimo Stiavelli, chef de la mission JWST, du Space Telescope Science Institute de Baltimore. « C’est indéniable parce que les choses sont différentes de ce que nous pensions. »
Principales conclusions du JWST
JWST a été créé à la fin des années 1980 en tant que successeur de Hubble, toujours non lancé, mais a dû faire face à des années de retards et à une rencontre proche de la mort avec des législateurs à court de budget. C’est un investissement de 10 milliards de dollars. Il n’est pas conçu avec des fonctionnalités modulaires qui permettent de remplacer les pièces en cas de problème.
Et c’est au plus profond de l’espace, sur une orbite gravitationnellement stable autour du Soleil appelée L2, à environ un million de kilomètres de la Terre. La NASA n’a actuellement aucune navette pour transporter les astronautes vers L2 et retour.
Tout cela renforce le bonheur des scientifiques que le télescope fonctionne comme prévu.
Pour un télescope de cette conception, un an est une grosse affaire. Les miroirs du télescope doivent être très froids et ne peuvent pas être pointés vers le Soleil, alors ne vous attendez pas à voir de jolies images JWST de Vénus. Mais une orbite complète donne au télescope la possibilité de couvrir une grande partie de l’univers.
JWST, qui a été lancé le matin de Noël en 2021, a en fait effectué une orbite et demie, mais les six premiers mois ont été consacrés à l’utilisation de son énorme réseau plaqué or. Des miroirs hexagonaux et un large pare-soleil pour les garder au frais, ainsi que pour peaufiner ses instruments.
La lumière recueillie par ces miroirs contient des informations sur de nombreuses couches de l’univers, des galaxies lointaines, faibles et à peine perceptibles aux galaxies les plus actives au premier plan et aux nuages de poussière et de gaz formant des étoiles dans notre propre Voie lactée. Et il regarde notre voisinage immédiat, le système solaire, renvoyant des images dignes d’affiches de Jupiter et de Saturne bourrées de données scientifiques.
L’univers primitif est l’endroit où JWST a fait certaines de ses enquêtes les plus intéressantes et parfois déroutantes. L’objectif est de comprendre comment l’univers primitif s’est formé, comment les galaxies se sont formées et comment nous sommes arrivés là où nous en sommes – sur une planète en orbite autour d’une étoile dans l’un des bras spiraux d’une grande galaxie.
« Notre maison est la Voie lactée », a déclaré l’astrophysicien théoricien Brandt Robertson de l’Université de Californie à Santa Cruz. « C’est une galaxie. C’est une belle constellation. Nous pouvons prendre des photos de l’intérieur. Mais cela soulève la question : comment est-il arrivé ici ? Comment est-ce arrivé ?
C’est sur cette archéologie cosmique que JWST a été construit en premier lieu. Une caractéristique étrange de l’univers est que la lumière est éternelle. Elle s’estompe, mais elle est toujours là, y compris la lumière la plus ancienne, fortement décalée vers la partie infrarouge du spectre par l’expansion de l’espace qui s’est produite après le Big Bang. Les astrophysiciens peuvent scanner beaucoup plus en utilisant JWST Les galaxies à haut redshift creusent encore plus profondément dans le passé.
Robertson a co-écrit l’un des deux articles récents le décrivant La galaxie la plus éloignée jamais détectée et confirmée par JWST s’appelle JADES-GS-Z13-0. Il a été découvert à redshift 13,2, ce qui correspond à environ 320 millions d’années après le Big Bang. Il y a des réclamations de galaxies possibles à des décalages vers le rouge plus élevés, mais elles attendent une confirmation, a-t-il dit.
Lorsqu’on lui a demandé à quoi ressemblait la galaxie, il a répondu: « C’est une goutte. »
Mais que se passerait-il si vous pouviez d’une manière ou d’une autre monter dans un vaisseau spatial, vous transporter à travers divers trous de ver dans le passé lointain et orbiter à côté de cette galaxie. Alors à quoi ressemblera-t-il ?
« Si vous pouvez être juste à côté, la galaxie sera très bleue à vos yeux car elle fabrique des étoiles », a déclaré Robertson. « Ce serait très bleu brillant dans l’univers primitif. »
Une énigme sur les premiers temps
Maintenant, les astronomes examinant les données JWST de l’univers primitif ont trouvé quelque chose qui défie les attentes : beaucoup Différentes galaxies brillantes.
La luminosité est une approximation de la masse. Les galaxies les plus brillantes sont donc généralement considérées comme les plus massives. Mais les galaxies mettent du temps à se développer. Les théoriciens ont précédemment développé une chronologie générale de l’évolution des premières galaxies, et celles détectées par JWST semblent remarquablement matures pour leur âge à première vue.
Le JWST dit peut-être aux scientifiques que la formation des galaxies dans l’univers primitif était en quelque sorte plus efficace qu’on ne le savait auparavant.
« Nous devons apporter quelques ajustements à nos théories sur la façon dont ces premières galaxies ont formé et développé leurs étoiles », a-t-il déclaré. Jayhan Kurtaldeb, astrophysicien au Rochester Institute of Technology.
« Rien de ce que nous avons vu ne nous fait penser que nous avons déchiffré la cosmologie », a déclaré Rigby. « Ce que cela nous dit, c’est que les galaxies ont fusionné plus tôt que nous ne leur avons attribué le mérite de leurs actions. »
Pour ceux d’entre nous qui ne sont pas astrophysiciens, les trous noirs peuvent être un autre facteur de la luminosité de ces premières galaxies. Bien qu’un trou noir soit, par définition, un système avec un champ gravitationnel si intense que même la lumière ne peut pas s’échapper, la région autour du trou noir brille lorsque le gaz et la poussière surchauffent et tombent vers l’horizon des événements.
L’année dernière, Rebecca Larson, alors doctorante à l’Université du Texas à Austin, a remarqué quelque chose d’étrange. Lorsqu’il a examiné les données de la galaxie la plus éloignée nommée CEERS 1019. La lumière il y a 13 milliards d’années – à l’époque où l’univers roulait et où les galaxies étaient de minuscules amas mal formés d’étoiles chaudes, jeunes et bleu vif.
Larson a été intrigué par la lumière exceptionnellement brillante provenant du centre de CEERS 1019. « quelle cruauté ? » elle pensait.
Elle l’a deviné – correctement – comme un trou noir supermassif. La galaxie, bien que jeune, a déjà réussi à faire pousser un trou noir dont les scientifiques estiment qu’il a une masse égale à 10 millions de soleils. Le rapport de Larsen et de ses collègues le décrit comme le premier trou noir supermassif actif jamais détecté.
Enthousiasmé par les exoplanètes
L’année dernière, il a commencé à montrer que JWST est une « centrale spectroscopique », selon les mots de l’astrophysicien Garth Illingworth. Il s’est avéré incroyable pour sélectionner les spectres de lumière qu’il collecte, qui contiennent des informations sur l’objet observé.
Cette capacité a donné lieu à l’une des premières découvertes majeures du télescope : le dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une planète géante, WASP 39b, en orbite autour d’une étoile lointaine. La planète elle-même n’est pas visible avec la technologie actuelle. Mais lorsqu’elle passe devant ou derrière son étoile mère, les changements de lumière stellaire encodent des informations sur l’atmosphère de la planète.
Jusqu’au JWST, personne n’avait détecté de manière fiable du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète, a déclaré l’astrophysicienne de la NASA Nicole Colon.
« Nous avons vu la signature spectrale de cette fonctionnalité pour la première fois, et c’était magnifique », a-t-il déclaré. « Cela nous a frappé au visage. Et voici ce signal incroyable, c’était génial.
Pour être clair, les scientifiques qui étudient les spectres regardent des présentations graphiques des données, pas des images réelles. Larson, qui a découvert le trou noir supermassif, a été tellement ému par la signature spectrale d’une région lumineuse centrale de la galaxie que, comme il l’a dit, « je n’aurais jamais pensé voir de vraies images de JWST ».
C’est alors que Kurtaldeb lui a montré l’image de la constellation à travers le télescope. Étonnamment, la galaxie avait trois points lumineux, avec un point particulièrement brillant au milieu. C’est le plus grand trou noir de Larson.
« J’ai commencé à pleurer », a-t-elle déclaré.
