James Webb est le nec plus ultra de ce qui se fait dans les télescopes spatiaux, grâce à un miroir primaire de très grande taille. Celui lui permet de capter la lumière émise par des objets qui sont très loin dans l’univers, et dans le temps. Cet article de The Conversation se penche sur la possibilité de remonter encore plus loin — y compris jusqu’au Big Bang.

Le télescope spatial James Webb (JWST) est l’un des télescopes les plus avancés jamais construits. Sa planification a commencé il y a plus de 25 ans et sa construction s’est étalée sur plus d’une décennie. Il a été lancé dans l’espace le 25 décembre 2021 et, un mois plus tard, il est arrivé à sa destination finale : à 930 000 miles de la Terre [environ 1,5 million de km, NDLR]. Sa position dans l’espace lui permet d’avoir une vue relativement dégagée de l’univers.

La conception du télescope est le fruit d’un effort mondial, mené par la NASA et destiné à repousser les limites de l’observation astronomique grâce à une ingénierie révolutionnaire. Son miroir est gigantesque : il mesure environ 6,5 mètres de diamètre. C’est presque trois fois la taille du télescope spatial Hubble, qui a été lancé en 1990 et qui fonctionne encore aujourd’hui.

C’est le miroir d’un télescope qui lui permet de collecter la lumière. Le JWST est si grand qu’il peut « voir » les galaxies et les étoiles les plus faibles en luminosité et les plus éloignées de l’univers. Ses instruments de pointe peuvent révéler des informations sur la composition, la température et le mouvement de ces objets cosmiques lointains.

En tant qu’astrophysicienne, je regarde continuellement dans le passé pour voir à quoi ressemblaient les étoiles et les galaxies lorsque leur lumière a commencé son voyage vers la Terre, et j’utilise ces informations pour mieux comprendre leur croissance et leur évolution. Pour moi, et pour des milliers de scientifiques de l’espace, le télescope spatial James Webb est une fenêtre sur cet univers inconnu.

Jusqu’où le JWST peut-il remonter dans le cosmos et dans le passé ? Environ 13,5 milliards d’années.

Miroir primaire du JWST, illustration. // Source : Veronica Guzzardi via Flickr (image recadrée)
Détail du miroir primaire du télescope spatial James Web ( illustration). // Source : Veronica Guzzardi

Un télescope spatial qui permet de remonter le temps

Un télescope ne montre pas les étoiles, les galaxies et les exoplanètes telles qu’elles sont aujourd’hui. Les astronomes ont plutôt un aperçu de ce qu’elles étaient dans le passé. Il faut du temps à la lumière pour traverser l’espace et atteindre nos télescopes. Regarder dans l’espace, c’est aussi voyager dans le temps.

C’est même vrai pour les objets qui sont très proches de nous. La lumière que vous voyez du Soleil est vieille de 8 minutes et 20 secondes plus tôt. C’est le temps qu’il lui faut pour parvenir à nos yeux.

Vous pouvez facilement faire le calcul. Toute lumière – qu’il s’agisse de la lumière du soleil, d’une lampe de poche ou d’une ampoule électrique dans votre maison – voyage à une vitesse d’environ 300 000 kilomètres par seconde. Cela représente un peu plus de 18 millions de kilomètres par minute. Le Soleil se trouve à environ 150 millions de kilomètres de la Terre. Cela représente environ 8 minutes et 20 secondes.

Mais plus un objet est éloigné, plus sa lumière met de temps à nous parvenir. C’est pourquoi la lumière de Proxima Centauri, l’étoile la plus proche de nous après le Soleil, est vieille de quatre ans, c’est-à-dire qu’elle se trouve à environ 40 000 milliards de kilomètres de la Terre et que sa lumière met un peu plus de quatre ans à nous parvenir. Ou, comme les scientifiques aiment à le dire, quatre années-lumière.

Plus récemment, le JWST a observé Earendel, l’une des étoiles les plus lointaines jamais détectées. La lumière que le JWST perçoit d’Earendel date d’environ 12,9 milliards d’années.

James Webb permet de remonter beaucoup plus loin dans le temps que ne le permettaient auparavant d’autres télescopes, tels que le télescope spatial Hubble. Le JWST peut voir des objets presque neuf fois moins lumineux que Hubble.

Peut-on remonter jusqu’au début des temps — au Big Bang ?

chronologie spatiale
Le télescope spatial James Webb peut remonter jusqu’à 13,5 milliards d’années, c’est-à-dire jusqu’au moment où les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former. // Source : STSci

Mais est-il possible de remonter jusqu’au début des temps ?

Le Big Bang est un terme utilisé pour définir le début de l’univers tel que nous le connaissons. Les scientifiques pensent qu’il s’est produit il y a environ 13,8 milliards d’années. C’est la théorie la plus largement acceptée par les physiciens pour expliquer l’histoire de notre univers.

Le nom est cependant un peu trompeur, car il suggère qu’une sorte d’explosion, comme un feu d’artifice, a créé l’univers. Le Big Bang représente plus fidèlement l’apparition d’un espace en expansion rapide partout dans l’univers. Immédiatement après le Big Bang, l’environnement était semblable à un brouillard cosmique qui recouvrait l’univers, empêchant la lumière de voyager au-delà. Finalement, les galaxies, les étoiles et les planètes ont commencé à se développer.

C’est pourquoi cette période de l’univers est appelée « l’âge sombre ». Au fur et à mesure de l’expansion de l’univers, le brouillard cosmique a commencé à se dissiper et la lumière a fini par pouvoir voyager librement dans l’espace. En fait, quelques satellites ont observé la lumière laissée par le Big Bang, environ 380 000 ans après qu’il se soit produit. Ces télescopes ont été construits pour détecter la lueur résiduelle du Big Bang, dont la lumière peut être suivie dans le domaine des micro-ondes.

Cependant, même 380 000 ans après le Big Bang, il n’y avait ni étoiles ni galaxies. L’univers était encore très sombre. La période d’obscurité cosmique n’a pris fin que quelques centaines de millions d’années plus tard, lorsque les premières étoiles et galaxies ont commencé à se former.

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Ceci est une image JWST de NGC 604, une région de formation d’étoiles située à environ 2,7 millions d’années-lumière de la Terre. // Source : NASA, ESA, CSA, STScI

Le télescope spatial James Webb n’a pas été conçu pour observer le Big Bang, mais plutôt la période où les premiers objets de l’univers ont commencé à se former et à émettre de la lumière. Avant cette période, il ne peut observer que peu de lumière, étant donné les conditions de l’univers primitif et l’absence de galaxies et d’étoiles.

Pour observer la période proche du Big Bang, il ne suffit pas d’avoir un miroir plus grand : les astronomes l’ont déjà fait en utilisant d’autres satellites qui observent l’émission de micro-ondes très peu de temps après le Big Bang. Ainsi, le fait que le télescope spatial James Webb observe l’univers quelques centaines de millions d’années après le Big Bang n’est pas une limitation du télescope. Il s’agit plutôt d’une mission du télescope. C’est un reflet de l’endroit de l’univers où l’on s’attend à ce que la première lumière des étoiles et des galaxies émerge.

En étudiant les galaxies anciennes, les scientifiques espèrent comprendre les conditions uniques de l’univers primitif et mieux appréhender les processus qui ont contribué à leur épanouissement. Cela comprend l’évolution des trous noirs supermassifs, le cycle de vie des étoiles et la composition des exoplanètes mondes situés au-delà de notre système solaire.

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Adi Foord, Assistant Professor of Astronomy and Astrophysics, University of Maryland, Baltimore County

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.

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