Le télescope Webb explore et ouvre une nouvelle ère pour l’astronomie

Des centaines d’étapes d’ingénierie doivent maintenant avoir lieu alors que l’observatoire se déploie et voyage vers sa nouvelle demeure.

Le télescope spatial James Webb a été lancé à 9 h 20, heure locale, depuis le port spatial de l’Agence spatiale européenne à Kourou, en Guyane française. Crédit : NASA/NASA TV via Reuters

Le télescope spatial James Webb – le plus grand pari de l’humanité dans sa quête pour sonder l’Univers – s’est envolé dans l’espace le 25 décembre, marquant l’aboutissement de décennies de travail d’astronomes du monde entier. Mais pour que Webb ouvre une nouvelle ère en astronomie, comme de nombreux scientifiques l’espèrent, des centaines d’étapes d’ingénierie complexes devront se dérouler sans accroc dans les jours et les semaines à venir.

“C’est maintenant que le plus dur commence”, déclare John Grunsfeld, astrophysicien, ancien astronaute et responsable des sciences à la NASA.

D’un coût de 10 milliards de dollars, le Webb est l’observatoire spatial le plus compliqué et le plus coûteux de l’histoire, et le successeur du télescope spatial Hubble de la NASA, qui étudie l’Univers depuis 1990. Après son lancement, le Webb va maintenant entamer la partie la plus risquée de sa mission : déployer toutes les pièces nécessaires pour que son énorme miroir puisse scruter le cosmos au plus profond, vers la nuit des temps.

Ce n’est que lorsque tous les équipements fonctionneront et que les premières observations scientifiques auront été effectuées, probablement en juillet, que les astronomes pourront se détendre. D’ici là, “il y aura beaucoup de nervosité”, déclare Heidi Hammel, scientifique interdisciplinaire pour Webb et vice-présidente pour la science de l’Association des universités pour la recherche en astronomie à Washington DC.

Le Webb, construit par la NASA, a été lancé à 9 h 20, heure locale, depuis le port spatial de Kourou, en Guyane française, à bord d’une fusée Ariane 5 fournie par l’Agence spatiale européenne (ESA). Le troisième partenaire international du projet est l’Agence spatiale canadienne.

“Quelle journée chargée d’émotion”, a déclaré Thomas Zurbuchen, responsable scientifique de la NASA, lors d’une retransmission sur le web depuis le site de lancement. “C’est le début de l’une des missions les plus étonnantes que l’humanité ait conçues”.

“Je me sens très ému en ce moment après avoir vu quelque chose que nous avons tous attendu depuis si longtemps se produire enfin”, ajoute Jeyhan Kartaltepe, astronome à l’Institut de technologie de Rochester dans l’État de New York, qui a obtenu du temps d’observation sur Webb. “Je suis super reconnaissant envers tous ceux qui ont travaillé si dur pour en faire un succès”.

Fixer un cap

Ariane 5 a transporté le Webb sur une trajectoire apparemment sans faille vers l’espace, ce qui permet de conserver davantage de carburant pour que le télescope puisse l’utiliser à des fins scientifiques dans les années à venir. Après s’être séparé du lanceur 27 minutes après le lancement, Webb a déplié ses panneaux solaires, une étape cruciale qui a permis à l’énergie électrique de commencer à circuler. “C’était une demi-heure sur le bord de mon siège”, dit Grunsfeld. Quelques heures plus tard, il devait allumer ses moteurs pour se mettre en route vers sa destination finale, une position dans l’espace connue sous le nom de deuxième point de Lagrange, ou L2 (voir “Le voyage de Webb”). Là, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, il sera toujours du côté opposé de la planète par rapport au Soleil, observant les étendues sombres de l’espace avec ses optiques sensibles protégées de la lumière du soleil.

Le voyage vers L2 prendra 29 jours, avec plus de 300 “points de défaillance” où quelque chose pourrait mal tourner. L’ensemble du processus ressemble à un papillon sortant de sa chrysalide, explique Günther Hasinger, directeur scientifique de l’ESA, un papillon très coûteux et très complexe, haut de trois étages.

La première étape, et la plus cruciale, est le déploiement du pare-soleil en forme de cerf-volant de Webb, qui a la taille d’un court de tennis. Le rôle du bouclier est de protéger Webb des radiations et de refroidir l’environnement de 110 ºC du côté exposé au soleil à -235 ºC du côté ombragé. Webb a besoin de températures glaciales pour que ses optiques puissent capter les lueurs de galaxies lointaines et d’autres objets cosmiques dans les longueurs d’onde infrarouges.

“L’aspect unique du Webb est qu’il s’agit d’un télescope froid”, explique M. Hasinger. Si le pare-soleil ne se déploie pas correctement, les résultats scientifiques de Webb seront fortement dégradés.

Trois jours après le lancement, deux palettes rectangulaires sont censées se déployer de chaque côté de l’observatoire. Au cours des quatre jours suivants, les palettes s’ouvriront pour révéler les cinq couches de type membrane du bouclier solaire, puis les étireront et les fixeront en place, comme on serre un drap sur un matelas.

Alignement des miroirs

Dix jours après le lancement, si tout va bien, Webb déplacera son petit miroir secondaire pour faire face à son miroir primaire géant, qui sera encore replié. Deux jours plus tard, le miroir primaire commencera à faire pivoter deux sections articulées pour créer le miroir complet de 6,5 mètres de large. À ce moment-là, les 18 segments hexagonaux du miroir, fabriqués en béryllium et recouverts d’or, ressembleront à un gigantesque nid d’abeilles scintillant – et Webb deviendra un véritable télescope, selon M. Hammel, car il sera capable de capter la lumière.

Environ deux semaines plus tard, Webb devrait atteindre sa position finale à L2. Ce site est trop éloigné de la Terre pour que les astronautes puissent s’y rendre et réparer le télescope en cas de problème, comme ils l’ont fait après le lancement de Hubble avec des optiques défectueuses. (Les astronautes, dont Grunsfeld, se sont finalement rendus cinq fois à Hubble pour améliorer ses instruments scientifiques et en faire un observatoire de classe mondiale). Mais si le pare-soleil et les miroirs se déploient correctement, le pire est derrière Webb. Dès lors, il s’agit d’aligner les miroirs et de calibrer les instruments. Ces étapes sont compliquées mais ont déjà été réalisées auparavant, sur des miroirs de télescopes terrestres.

L’une des raisons pour lesquelles il faudra attendre six mois avant de pouvoir commencer les travaux scientifiques est que le télescope a besoin de temps pour se refroidir à sa température de fonctionnement. Ce n’est qu’environ quatre mois après le lancement que les segments du miroir primaire seront suffisamment refroidis et alignés pour prendre la bonne forme. Les ingénieurs de la mission commenceront alors à calibrer les instruments.

L’un des quatre instruments du télescope, qui fonctionnera dans les longueurs d’onde de l’infrarouge moyen, a besoin d’un autre refroidisseur pour atteindre la température de -266 ºC, soit seulement 7 ºC au-dessus du zéro absolu. Une fois qu’il aura atteint cette température, Webb devrait être 100 fois plus sensible que Hubble.

Les yeux infrarouges

La vision infrarouge de Webb lui permettra de remonter le temps sur plus de 13,5 milliards d’années, vers des étoiles et des galaxies lointaines dont la lumière a été étirée aux longueurs d’onde infrarouges par l’expansion de l’Univers. Il sera également capable de pénétrer dans des régions recouvertes de poussière, comme les lieux de naissance des étoiles, et de sonder l’atmosphère des planètes au-delà du système solaire. “Il est conçu pour répondre aux questions en suspens dans tous les domaines de l’astrophysique”, explique l’astronome Antonella Nota, responsable du projet Webb pour l’ESA.

Si tout se passe comme prévu au cours des six prochains mois, les scientifiques de la mission seront soumis à une pression intense pour diffuser le plus rapidement possible des images et des données étonnantes provenant de Webb. Un petit comité d’astronomes du Space Telescope Science Institute de Baltimore (Maryland), qui exploite Webb, a dressé une liste secrète des objets à observer en premier. La première tranche de résultats comprendra probablement des images spectaculaires et des données sur les planètes, les étoiles et les galaxies, afin de montrer les capacités du télescope. Ensuite, la science commencera vraiment pour les autres astronomes qui font la queue pour utiliser Webb.

Pour l’instant, ils ne peuvent que regarder et attendre de voir si le télescope fonctionne comme ses concepteurs l’ont prévu. “Je sais que nous avons fait tout ce que nous pouvions”, déclare M. Hammel.