Télescope James-Webb : une première photo de l'infiniment ancien dans l'univers

La première photo de l’univers prise par le télescope James-Webb, publiée lundi, montre un amas de galaxies tel qu’il existait il y a plus de quatre milliards d’années. Mais cette image en dit bien plus, à la fois sur l’univers et sur les capacités du nouveau télescope.

Il y a une multitude de points blancs, d’autres plutôt orangés et certains qui émettent une lueur bleutée. Telle est la composition de la toute première image de l’espace profond prise par le télescope James-Webb et rendue publique par le président américain Joe Biden, lundi 11 juillet. Un cliché qui fait figure d'avant-goût pour les images que la Nasa doit dévoiler mardi.

"C’est un moment historique pour la science et la technologie", a affirmé le président américain avant d’ajouter que ce cliché montre que "nous pouvons aller à des endroits où personne n’est jamais allé".

Mais où le télescope mis en service le 25 décembre 2021 nous emmène-t-il précisément avec cette image ? Depuis son orbite à 1,5 million de kilomètres de la Terre, il a envoyé une vue de "l’amas de galaxies SMACS 0723 tel qu’il existait il y a 4,6 milliards d’années", explique la Nasa dans un communiqué de presse. C’est en effet le temps qu’il a fallu à la lumière émise par ces galaxies pour arriver jusqu’aux capteurs du télescope James-Webb, ce qui fait que l’image publiée représente un instantané de cette partie de l’univers à cette époque reculée.

Il s’agit d’un petit coin du ciel "pas plus grand qu’un grain de sable tenu à bout de bras" dans l’immensité de l’univers qui se trouve dans la constellation du Poisson volant, l’une des plus petites visibles depuis l’hémisphère Sud.

Une machine à remonter le temps

Mais ce n’est qu’une toute petite partie de l’Histoire que raconte cette photo. D’abord, ce n’est pas la première fois qu’un télescope s’intéresse à cet endroit précis de l’univers. En 1995, Hubble prenait déjà un cliché de la même zone et la comparaison entre les deux images montre à quel point le successeur d’Hubble donne, près de 30 ans plus tard, une version bien plus foisonnante de cette parcelle de l’espace.

Une vision bien plus détaillée qui n’est pas due seulement à la taille du télescope Webb, trois fois plus grand que son prédécesseur. "Cela vient surtout du fait qu’Hubble ne captait que ce qui est visible à l’œil nu alors que le télescope James-Webb perçoit la signature infrarouge des objets spatiaux", explique Anthony Boccaletti, astrophysicien à l’Observatoire de Paris-PSL et directeur de recherche au CNRS.

En effet, plus une étoile, une planète ou une galaxie se trouve loin de la Terre, plus la lumière qu’elle émet sort du spectre de ce qui est visible à l’œil nu pour entrer dans le domaine de l’infrarouge.

C’est pourquoi Hubble n’aurait jamais pu "voir" les confins de l’espace, et cette capacité de percevoir l’infrarouge fait du télescope James-Webb l’appareil idéal pour explorer les premiers temps de l’univers.

Mais tout ce qui est visible sur cette première image historique n’est pas à la même distance de la Terre… Loin de là. Tout est, en fait, dans le code couleur. "Les points bleutés représentent, par exemple, les étoiles, qui sont bien plus proches de nous que le reste", note Anthony Boccaletti. Elles se trouvent à "seulement" quelques centaines de millions d’années-lumière.

Ces étoiles sont aussi assez peu nombreuses sur la photo. "C’est peut-être l’une des raisons pour lesquelles le télescope a photographié cette zone", suggère Anthony Boccaletti. En effet, plus il y a d’étoiles, plus leur lumière – plus intense que le reste – risquait de cacher la forêt des galaxies derrière.

Une forêt faite d’un grand nombre de points, qui sont autant de galaxies différentes. "Ce qu’on voit, en réalité, ce sont deux amas de galaxies. Le plus proche est constitué des points plutôt blancs, tandis que tout ce qui est orangé représente le deuxième ensemble de galaxies", décrit l’astrophysicien.

En attendant les images des exoplanètes

Il n’y a donc pas seulement SMACS 0723 sur cette image. Les galaxies orangées en arrière-plan remontent à un temps encore plus ancien, potentiellement de quelques milliards d’années supplémentaires.

Certaines des formes les plus lointaines apparaissent aussi comme déformées, ce qui est lié à la masse des galaxies SMACS 0723. Plus un objet spatial est "lourd", "plus il déforme l’espace-temps autour de lui pour l’observateur", explique Anthony Boccaletti. C’est ce qui donne cette signature lumineuse en forme d’arc de cercle pour certaines galaxies. "C’est en mesurant la déformation de l’espace-temps que les scientifiques peuvent, par exemple, estimer la masse des galaxies", précise le chercheur de l’Observatoire de Paris.

Un feu d’artifice de détails d’autant plus extraordinaire que ce premier cliché a été obtenu après un temps de pose de "seulement" 12 heures 30. Il avait fallu plus de dix jours de pose au télescope Hubble pour parvenir à son cliché bien moins précis de cette zone de l’univers.

De quoi conforter les espoirs des scientifiques quant à l’exploration des premiers temps de l’univers, qui remontent à 13,8 milliards d’années. "Plus on allongera le temps d’exposition, plus le télescope sera capable de capter les signaux lumineux les plus faibles qui correspondent à la signature des étoiles les plus jeunes", résume Anthony Boccaletti.

Cette première démonstration des capacités du télescope James-Webb est aussi encourageante pour son autre grande mission : collecter des informations sur les exoplanètes. "Cela confirme qu’il devrait nous permettre de sonder leur atmosphère afin d’en apprendre plus sur leur composition", note Anthony Boccaletti, dont la spécialité est l’étude des exoplanètes.

Jusqu’à présent, la quasi-totalité de ce qu’on sait sur ces planètes situées en dehors de notre galaxie est surtout théorique. Le premier cliché d’une exoplanète devrait d’ailleurs faire partie des photos que la Nasa publiera ce mardi.

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