Le télescope spatial James Webb (JWST) pointe vers les premières lueurs de l’aube du cosmos, lorsque les premières étoiles et galaxies ont émergé.
Webb prendra le relais de Hubble, qui a été lancé dans l’espace en 1990 pour scruter essentiellement la lumière visible.
Ce nouveau dispositif sera capable de scruter le spectre infrarouge moyen, invisible pour l’œil humain.
Voir plus loin dans l’espace, c’est comme regarder dans le passé, vers des phénomènes astronomiques qui se sont produits il y a des milliards d’années.
À travers le dôme du télescope James Webb, les astronomes espèrent capter la lumière des premières galaxies, qui ont environ 13,4 milliards d’années.
Ce sont celles qui sont apparues lors de l’expansion initiale de l’univers, moins de 400 millions d’années après le Big Bang.
À titre de comparaison, il faut huit minutes aux particules de lumière provenant du Soleil pour atteindre la Terre.
Cette expansion de l’univers est continue, ce qui signifie que la lumière de ces premières étoiles a besoin de plus de temps pour atteindre l’observateur. Au cours de ce processus, la lumière « rougit ».
Un phénomène similaire au bruit que fait un objet en s’éloignant : il devient assourdissant.
De la même manière, l’onde lumineuse s’étire et passe de la fréquence visible au spectre infrarouge.
Hubble a atteint sa limite lorsqu’il a découvert la galaxie Gn-z11, vieille de 13,4 milliards d’années. C’était « une surprise, avec une luminosité qui n’était pas attendue à cette distance », a déclaré à l’AFP son découvreur, l’astrophysicien suisse Pascal Oesch.
Le télescope JWST « fournira des images encore plus précises, avec une sensibilité 100 fois supérieure, ce qui nous permettra d’explorer cette époque de manière extraordinairement détaillée ».
Il pourra « révéler beaucoup plus de galaxies, mais des galaxies beaucoup moins lumineuses ».
Quand les lumières s’allument
Grâce à sa capacité à sonder le spectre infrarouge, James Webb ne se contentera pas de détecter les objets astraux plus anciens, mais sera également en mesure de repérer les nuages de poussière interstellaire qui absorbent la lumière des étoiles et la cachent à Hubble.
Cette « lumière invisible nous permet de voir ce qui se cache dans les nuages, la naissance des étoiles et des galaxies », explique David Elbaz, astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique (CEA).
L’agence française est responsable de l’un des instruments les plus importants à bord de Webb, l’imageur Mirim, qui, avec le spectrographe MRS de la NASA, étudiera ces structures dans le champ de l’infrarouge moyen, et pourra « voir l’empreinte des atomes dans les galaxies lointaines », explique Elbaz.
Si la mission est couronnée de succès, les scientifiques espèrent élucider une étape clé de l’évolution de l’Univers, lorsque « la lumière s’est allumée, lorsque les premières étoiles ont commencé à se former », c’est-à-dire « l’aube du cosmos », explique Oesch.
Peu après le Big Bang, l’Univers est entré dans un « âge sombre », un bain de gaz essentiellement neutre composé d’hydrogène et d’hélium, sans lumière.
La théorie veut que ce gaz se soit progressivement concentré dans des « puits » de matière noire.
L’existence de cette matière n’est que théorique : il s’agirait d’une substance mystérieuse et indétectable dans laquelle les premières étoiles seraient nées.
Ces étoiles, qui se sont multipliées par effet boule de neige, ont commencé en même temps à ioniser, c’est-à-dire à charger en électricité, le gaz neutre de l’univers.
C’est un processus connu sous le nom de « réionisation » qui a rendu l’univers « transparent ».
Cependant, « nous ne savons toujours pas quand les premières galaxies se sont formées », explique l’astrophysicienne Françoise Combes.
Les simulations situent l’action entre 100 et 200 millions d’années après le Big Bang.
« La théorie est que toutes les petites galaxies ont réionisé l’univers parce qu’elles étaient si nombreuses. Ce que nous allons vérifier avec le James Webb, c’est s’il y a suffisamment de galaxies pour le prouver », explique le professeur Combes.