LES ASTRONEWS de planetastronomy

Prochaine conférence SAF.. Le mercredi 14 Septembre 2022 à 19H00 au CNAM amphi Grégoire (220 places).

« Les trous noirs, de la fiction à la réalité par Nathalie Deruelle, APC (Astro Particules et Cosmologie) » Résa > 15 Août Réservation comme d’habitude ou à la SAF directement. Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF Sinon à suivre en direct : https://youtu.be/dEYzUxHXLIg La suivante : le 12 Oct

Certains peuvent recevoir en double ces news, car ils sont inscrits sur plusieurs listes. J’en suis désolé.

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Description générée automatiquement

Après un suspens interminable que le Président Biden avait interrompu, un jour avant, avec une photo d’un champ profond pour nous faire attendre, la cérémonie, je veux dire le spectacle bien rodé devant public au GSFC (Greenbelt Maryland) pouvait commencer.

Thomas Zurbuchen (resp science NASA) et John Mather Prix Nobel resp scientifique de la mission JWST.

Voici le premier cliché dévoilé par le Président Biden un jour avant la date officielle, et quel « teaser » c’est :

C’est le premier champ profond (deep field) du Webb, et quelle profusion de détails, cela promet pour les autres photos !

Une vue en IR proche (avec NIRCam) de l’amas de galaxies SMACS 0723, amas très massif, si bien qu’il déforme gravitationnellement la lumière des objets derrière lui. (Lentille gravitationnelle).

Cette photo a aussi été publiée en parallèle avec la même zone du ciel mais prise an IR Moyen (avec l’instrument MIRI) que vous pouvez voir sur ce composite. À gauche MIRI, à droite NIRCam.

Les objets rouges, sont en fait entourés de poussières et sont probablement des galaxies lointaines.

Image produite avec un temps d’exposition total de 12,5 heures répartis sur plusieurs jours.

Dans l’image en IR Moyen (à gauche sur l’image composite précédente), les points jaunes et verts sont des étoiles.

Particulièrement bien visibles sur l’image en Proche IR, sont les arcs dus à l’effet lentille gravitationnelle (en orange, en IR moyen ils apparaissent en bleu) produit par cet amas de galaxies daté de 4,6 milliards d’années. Cet effet lentille fait ressortir ce qu’il y a derrière et qui est daté de 13,1 milliards d’années, soit 700 millions d’années après le Big Bang.

Arrive alors le 12 Juillet 2022, date de la découverte des nouvelles super images du JWST.

Tout le gratin de la NASA et des partenaires est assemblé dans la salle de conférence du GSFC (Goddard Space Flight Center), show à l’américaine, discours de Bill Nelson, astronaute et administrateur de la NASA, explication de ce que l’on va voir, discussion entre le responsable de la Science à la NASA Thomas Zurbuchen et John Mather, responsable scientifique de la mission.

Et alors, et alors….les images tant attendues sont arrivées sous un tonnerre d’applaudissements.

Le Webb possède un instrument de première grandeur, le spectrographe dans l’IR proche, le NIRSpec, équipé d’une technologie révolutionnaire de micro-volets (micro shutters).

Un des instruments les plus importants est celui fourni par l’ESA, le NIRSpec conçu pour détecter le rayonnement émis par les premières étoiles et galaxies qui se sont formées au début de l’existence de l’Univers, quelque 300 millions d’années après le Big Bang.

Le spectrographe décompose le rayonnement infrarouge de ces objets lointains en fonction de ses différentes couleurs, générant ainsi un spectre qui fournira aux scientifiques des données capitales sur la composition chimique, les propriétés dynamiques, et l’âge de ces objets, ainsi que sur la distance qui les sépare de la Terre.

Le NIRSpec sera capable d’observer simultanément plus d’une centaine de ces objets. Il fonctionne dans la gamme de 0,6 à 5 microns. La sélection des objets s’effectue à l’aide de micro-volets.

La technologie des micro-volets (microshutters en anglais) qui sont de très fines ouvertures de l'épaisseur d'un cheveu qui devraient permettre au télescope de voir des objets à des distances encore jamais atteintes. Le rôle de ces micro-volets est de masquer la lumière parasite d'objets non désirés situés au premier plan.

Ces microshutters en silicium sont un développement du Goddard Space Flight Center (GSFC), Greenbelt, Md, USA.

Chaque volet est entouré d'une boucle magnétique qui servira à l'ouvrir ou le fermer.

Ces volets sont arrangés en quatre réseaux identiques de 171 lignes par 365 colonnes, ils laissent passer la lumière vers le détecteur IR de 8 millions de pixels. Ils devront fonctionner à 40K.

Parmi les milliers d’objets derrière l’amas de galaxies précédent, les spectro en a observé 48 individuellement et en même temps

On en voit quelques-uns sur l’image ci-contre, leurs spectres sont affichés à droite de l’image. Des raies caractéristiques sont repérées en rouge et bleu. On remarque qu’à chaque fois il y a trois raies qui apparaissent dans la même configuration, ce sont celles de l’Hydrogène ionisé suivies par deux raies de l’Oxygène ionisé. Elles ne sont pas toutes à la même place (longueur d’onde) à cause du redshift.

Le plus grand redshift (image du bas) correspond à l’objet le plus lointain situé à 13,1 Milliards d’années. C’est la première fois que l’on détecte ces raies aussi loin dans le passé.

Le Webb s’est intéressé à cette lointaine galaxie située à 13,1 Ga, sa lumière a été captée par les micro-volets du spectro en proche IR NIRSpec.

Cela a permis d’atteindre la composition chimique de celle-ci comme on le voit sur l’image ci-contre.

L’axe vertical « y » est en intensité relative, l’axe « x » correspond à la longueur d’onde en micron de 3,4 à 4,2.

On remarque le relevé d’intensité pour chaque longueur d’onde, de temps en temps, des pics d’intensité apparaissent, ce sont les éléments qui émettent à cette longueur d’onde, comme : Oxygène, Hydrogène, Néon ..

Une des fonctions du JWST sera l’étude des exoplanètes, ces planètes qui tournent autour d’étoiles situées hors du système solaire.

La première cible est l’exoplanète WASP-96 b (découverte en 2013 par le télescope WASP : Wide Angle Search for Planets, c’est une géante gazeuse d’approx la moitié de la masse de notre Soleil, elle est proche, 1150 al de nous).

Pour ces observations, cela a été le tour d’utiliser l’instrument NIRISS, acronyme de Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph. C’est un imageur spectrographe dans le proche IR.

Il est capable de détecter la composition atmosphérique des exoplanètes lors du passage de celle-ci derrière son étoile, la lumière de l’étoile traversant alors l’atmosphère planétaire, comme on le voit sur le relevé ci-contre.

Sur la bande de longueur d’onde, il y a eu 141 points de mesure que l’on a repéré sur le graphique. Cette zone de longueur d’onde est particulièrement sensible à l’eau.

À chaque point de mesure est associée une barre d’erreur verticale (en gris), de même on a tracé en bleu, la courbe idéale moyenne passant par tous les points, c’est le spectre de l’atmosphère.

Que remarque-t-on au premier abord ? L’atmosphère contient de la vapeur d’eau, la hauteur des pics étant plus faible que ce que l’on pensait, on envisage la présence de nuages dans l’atmosphère qui absorbe la vapeur d’eau. Basé sur certains modèles, les scientifiques estiment la température de surface étant de l’ordre de 725°C (n’oublions pas que cette exoplanète orbite très près de son étoile, un tour en 3 jours ½ !!).

Ce spectre est le plus précis jamais relevé pour cette exoplanète, couvrant de 0,6 à 2,8 microns.

Une naine blanche est ce qui reste de la fin d’une étoile moyenne (comme notre Soleil) à la fin de sa vie) une fois qu’elle a explosé et diffusé de la matière tout autour d’elle, comme on le voit sur ces images prises par le JWST. Le reste de l’étoile se trouve au centre (le point blanc).

Comparaison côte à côte de la nébuleuse de l’anneau austral en proche IR à gauche et en IR moyen à droite.

C’est la caméra en proche IR, la NIRCam qui a produit la photo de gauche, alors que la photo de droite en IR moyen provient de la caméra de l’instrument MIRI. On remarque qu’en IR moyen, la partie centrale apparait plus rouge, car MIRI plus sensible à la poussière en IR. On peut voir les différentes couches de matière éjectée qui forment cette nébuleuse planétaire.

Le Webb s’est aussi intéressé aux zones de formation intensive d’étoiles, comme celle de la nébuleuse Carina.

Le JWST a tourné ses spectro proche et moyen IR, les NIRCam et MIRI, pour nous donner à voir ce nuage de poussières propice à la formation d’étoiles.

Les longueurs d’onde IR peuvent pénétrer les nuages de poussières et forment ce spectacle unique, que les Américains
appellent « cosmic cliffs » , les falaises cosmiques. Crédit : NASA, ESA, CSA, et STScI

En fait, nous sommes au bord d’une cavité géante dont les pics les plus importants atteignent 7 al de haut. Les zones caverneuses sont sculptées par les imposantes radiation UV et les vents stellaires dus aux jeunes étoiles massives situées dans le centre de la bulle (hors du champ de la photo dans la partie haute).

On remarque des jets protostellaires dans la partie gauche de l’image ainsi que les plus jeunes étoiles qui apparaissent comme des points rouges réparties sur toute la largeur de la photo. (mieux visibles en HR quand vous cliquez sur l’image).

Cette image est la combinaison des informations de proche et moyen IR, la caméra NIRCam a donné, elle, cette vue bien différente.

Cet ensemble de 5 galaxies appelé le Quintette de Stephan est bien connu des astronomes, et c’est vers celui-ci que s’est tourné le JWST pour ses premières images. Il nous en donne une perspective nouvelle !

Le quintette de Stephan est un groupement visuel de galaxies qui ne sont pas toutes à la même distance de nous.

En partant du centre gauche, la première galaxie est la NGC 7320 (la plus proche 40 millions d’al), puis en tournant dans le sens des aiguilles d’une montre (CCW), on trouve la superbe galaxie barrée NGC 7319 (en son centre un TN de 24 millions de masses solaires), ensuite, ce n’est pas UNE galaxie, mais DEUX côte à côte, NGC 7318 a et b et finalement dans le bas de l’image NGC 7317 (ce groupe de 4 est situé à 290 millions d’al).

Ces galaxies sont dans la constellation Pégase et ont été découvertes par le Français Edouard Stephan en 1877.


Le quintette de Stephan vu en proche et moyen IR (composite des vues NIRCam et MIRI) et à droite seulement en moyen IR (instrument MIRI). Dans cette photo de MIRI, on voit particulièrement bien les deux galaxies formant NGC 7318. Crédit : NASA, ESA, CSA, et STScI

Cette mosaïque composite contient 150 millions de pixels nous dit la NASA et est construite à partir de 1000 fichiers images différents.

La qualité des nouveaux instruments du Webb nous donne à voir de nombreux détails encore inconnus, notamment une onde de choc intergalactique provoquée par NGC 7318b.

On sait que NGC 7319 possède en son centre un TN de 24 millions de masses solaires et le Webb s’est intéressé à lui, c’est en fait un AGN, un noyau de galaxie active.

Le TN de NGC 7319 a été étudié avec l’instrument NIRSpec en mode IFU (Integral Fiels Unit) où on mélange les informations de la caméra et du spectrographe.

Cela permet de représenter différentes « coupes » provenant de chaque élément, un peu comme en médecine avec un scanner à résonnance magnétique (IRM).

On a représenté sur cette image, quelques éléments importants comme l’Hydrogène sous toutes ses formes ou le Fer, auxquels on a attribué différentes couleurs.

Les signaux correspondant au TN ont été supprimés afin de rendre la représentation plus claire.

Cette fois-ci en utilisant l’IR moyen (instrument MIRI avec on spectro de moyenne résolution MRS). Là aussi on va combiner caméra et spectro.

On détermine ainsi la composition des éléments présents dans le gaz chaud ionisé proche du TN situé au centre de la galaxie avec des détails jamais vus auparavant.

La ligne du haut représente une zone de gaz ionisés comprenant du Fe, Ne, S et O.

La ligne du bas indique aux astrophysiciens que le TN super massif possède un réservoir de gaz plus denses et plus froids comme H moléculaire, et poussières de Silicates qui absorbe la lumière centrale.

On était très nombreux à suivre la présentation de ces extraordinaires premières images, et les chaines d’information continue ont fait le maximum pour informer le public. Voici quelques-uns des commentateurs que nous connaissons.


Olivier de Goursac Vice-Président de la commission de planétologie de la SAF officiait sur BFM-TV Capture d’écran crédit S Sebile SAF	François Forget, célèbre planétologue, officiait lui sur LCI et commentait avec volupté ces images. Capture d’écran crédit D Osanno

Justement nous avons demandé à notre ami et grand spécialiste Olivier de Goursac de nous dire quelques mots sur ces premières images et les premiers commentaires qu’il avait donné à l’antenne :

1. J’ai commenté ma photo préférée, celle du ciel profond avec la déformation des galaxies qui montrait que, derrière les galaxies, ce qu'on voyait plus loin, ce n'était pas des étoiles, mais d'autres galaxies encore plus lointaines, ce qui relativisait énormément notre place dans l'Univers et ce qui posait bcp de questions sur ce qu'on voyait en fait, sachant que l'Univers est une bulle : se voit-on par l'arrière ? Ou alors que voit-on vraiment, sachant qu'il est alors plus réduit quand on remonte dans le temps et que le temps ne s'écoule probablement pas de la même façon.

2. J’ai évoqué le coût du programme (11 milliards de dollars côté NASA) et la participation de l'ESA consistant en la fourniture du lancement Ariane 5 (plusieurs centaines de millions d'euros) + un spectro proche infrarouge.

3. J’ai parlé de la durée du programme depuis 1995 : certains chercheurs ont disparu avant d'avoir pu voir ces 1ères images et d'autres n'étaient pas nés au début du projet, mais peuvent travailler dessus aujourd'hui.