Le télescope spatial James Webb : à la recherche des secrets de la Voie lactée

Le télescope spatial James Webb : à la recherche des secrets de la Voie lactée

Avec des milliards de dollars de dépassement de budget et des années de retard, le télescope le plus cher et le plus complexe jamais envoyé dans l’espace sera lancé le mois prochain. Que va-t-il apprendre ?

Dans quelques semaines, la sonde robotique la plus ambitieuse et la plus coûteuse jamais construite, le télescope spatial James Webb, d’un coût de 6,8 milliards de livres sterling, sera propulsée dans l’espace au sommet d’une fusée européenne géante Ariane 5. Le lancement de l’observatoire, qui a connu des décennies de retards et d’énormes dépassements de coûts, promet d’être le décollage le plus surveillé de l’histoire de l’exploration spatiale non habitée.

L’observatoire, construit par la Nasa en collaboration avec les agences spatiales européenne et canadienne, a été conçu pour révolutionner notre étude des débuts de l’univers et pour localiser les planètes susceptibles d’abriter la vie dans notre galaxie. Cependant, sa planification et sa construction ont duré plus de 30 ans, le projet subissant des menaces d’annulation, des controverses politiques et d’autres tribulations. Au cours de ce processus, plusieurs autres projets scientifiques ont dû être annulés pour faire face à l’augmentation massive du prix de l’observatoire. Comme le dit la revue Nature, c’est « le télescope qui a mangé l’astronomie ».

La recherche liée au téléscope

Les scientifiques sont maintenant sur le point de découvrir si ces sacrifices et cette explosion des coûts sont justifiés lorsque, selon le calendrier actuel, le télescope sera lancé dans l’espace le 22 décembre. « C’est le lancement d’une génération », déclare Daniel De Chambure, de l’Agence spatiale européenne (Esa).

Conçu pour remplacer le télescope spatial Hubble – toujours en service après son lancement en 1990 – le James Webb est un instrument bien plus grand et bien plus complexe, dont les objectifs sont bien plus ambitieux. Pour commencer, il n’étudiera pas la partie visible du spectre électromagnétique – comme le fait Hubble et la plupart des télescopes terrestres – mais recueillera uniquement le rayonnement infrarouge.

« Il y a plusieurs raisons à cela », explique le professeur Gillian Wright, directeur du Centre technologique d’astronomie du Royaume-Uni à Édimbourg. « Tout d’abord, l’infrarouge est la partie du spectre idéale pour observer la poussière, ce qui est important car les étoiles et les planètes se forment dans des régions pleines de poussière. Donc si vous voulez comprendre où et comment d’autres systèmes solaires se créent, le James Webb devrait fournir des données cruciales. »

En outre, les atmosphères des planètes susceptibles de contenir des produits chimiques tels que le méthane – un gaz associé aux processus biologiques – sont également mieux étudiées en recueillant le rayonnement infrarouge et pourraient indiquer si elles sont capables d’accueillir la vie.

« La spectroscopie est un moyen important d’étudier la formation de planètes prometteuses dans notre propre galaxie », ajoute Wright, qui est le chercheur principal européen de l’équipe qui a construit l’un des quatre principaux instruments de Webb : l’instrument MIRI (Mid-infrared). (Les trois autres instruments étudieront également le spectre infrarouge, mais à des longueurs d’onde différentes).

James Webb

Cette partie des opérations du James Webb est essentiellement une affaire locale et consistera à observer les étoiles de notre propre galaxie. Cependant, les astronomes veulent également étudier l’univers très primitif, c’est-à-dire la période qui a suivi la naissance du cosmos lors du big bang, il y a 13,8 milliards d’années. Cela signifie qu’il faut se concentrer sur les galaxies très, très lointaines. Et là encore, l’étude du rayonnement infrarouge présente des avantages essentiels.

« Un télescope est une machine à remonter le temps. Il vous permet de voir comment était l’univers dans le passé, car la lumière met un temps limité à nous parvenir depuis un objet lointain », explique le professeur Martin Ward de l’université de Durham, qui est membre du consortium scientifique MIRI. « Cependant, la lumière devient de plus en plus faible et rouge à mesure que l’on s’éloigne dans l’univers, jusqu’à ce que sa longueur d’onde atteigne la partie infrarouge du spectre. Donc, si nous voulons étudier comment les premières étoiles, les trous noirs et les galaxies se sont formés, il faut aussi un télescope infrarouge. »

Les observatoires au sol peuvent fonctionner aux longueurs d’onde infrarouges, mais pour des observations de première qualité, les télescopes doivent vraiment être élevés au-dessus de l’atmosphère chaude et humide de la Terre, qui bloque une grande partie du rayonnement infrarouge qui nous parvient de l’espace. Malheureusement, la mise en orbite d’un tel télescope est si exigeante qu’elle a entraîné d’innombrables retards, car des milliers de scientifiques et d’ingénieurs se sont efforcés de surmonter les obstacles techniques liés à la conception ambitieuse du James Webb.

L’un des problèmes a été le simple fait que le télescope ne pourra pas compter sur une aide humaine une fois lancé. Hubble vole toujours en orbite terrestre basse, où les astronautes de la navette spatiale ont pu le réparer et l’entretenir. Mais la navette a été arrêtée il y a dix ans et le James Webb a donc été conçu pour fonctionner sans aucune perspective d’aide humaine.

Lagrange 2

À Lagrange 2, il sera également plus facile de maintenir le James Webb froid. Le télescope a été conçu pour fonctionner à environ 40 °C au-dessus du zéro absolu (environ -233 °C), afin que ses instruments ne génèrent pas de signaux thermiques parasites susceptibles d’étouffer le faible rayonnement infrarouge qu’il reçoit de l’autre bout de l’univers. Loin de sa chaude planète d’origine, le télescope sera protégé par un bouclier de cinq couches d’épaisseur qui bloquera les rayonnements du soleil et de la Terre. Son MIRI sera également refroidi par un réfrigérateur à hélium liquide, le James Webb devrait pouvoir conserver sa fraîcheur jusqu’à une décennie, espèrent ses concepteurs.

Mais l’observatoire devra d’abord surmonter un voyage semé d’embûches. Il y a d’abord le risque de défaillance du lanceur. Depuis 1996, Ariane 5 a effectué 111 décollages, dont 106 avec succès. Plus important encore, ces échecs sont survenus tôt dans le calendrier de développement de la fusée, qui est aujourd’hui considérée comme un lanceur très fiable. Il n’en reste pas moins qu’il existe un risque de défaillance au moment du décollage du port spatial de l’Esa à Kourou, en Guyane française. Et compte tenu de l’argent, du temps et des efforts déjà consacrés au projet, cette perspective reste effrayante.

Et ce n’est que le début. Au cours de son voyage de plusieurs mois vers sa nouvelle demeure à Lagrange 2, le télescope sera lentement déployé pendant sa croisière dans l’espace. Les premiers à être libérés seront d’énormes feuilles d’aluminium ultrafines qui agiront comme des parasols géants pour garder le télescope au frais. Le miroir principal de James Webb, le cœur du télescope qui recueillera le rayonnement infrarouge de l’univers, sera le prochain à apparaître. Il est sept fois plus grand que le miroir de Hubble – bien trop grand pour être logé dans un seul élément. Comme l’explique Wright : « Il est tout simplement plus difficile de placer de grands objets dans l’espace que de lancer de petits objets. Cela a été un défi technique majeur pour le télescope ».

Les télescopes de l’avenir

Pour contourner le problème de la taille, les concepteurs du James Webb ont construit un miroir constitué de 18 hexagones de miroir en béryllium recouvert d’or. Ces hexagones se déploieront comme une fleur qui s’épanouit et s’emboîteront automatiquement pour créer un miroir de 6,5 mètres (21 pieds).

Tout ce qui a trait à ce déploiement, cet auto-assemblage automatisé sans précédent, devra fonctionner parfaitement, un processus qui prendra environ six mois. Ce n’est qu’à ce moment-là que les astronomes sauront si le James Webb sera l’un des grands triomphes technologiques du XXIe siècle ou une catastrophe dévoreuse de dollars. Comme le dit Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la Nasa pour les missions scientifiques : « Ceux qui ne sont pas inquiets, voire terrifiés, à ce sujet ne comprennent pas ce que nous essayons de faire ».

Une perspective différente sur la prudence et le retard qui ont affecté le télescope est fournie par Faye Hunter d’Airbus, qui a agi en tant que chef de projet pour l’instrument MIRI il y a 10 ans. « Je venais d’entrer au lycée lorsque l’idée du télescope James Webb a été acceptée », dit-elle. « Aujourd’hui, je suis une mère, et une chef de projet qui a réussi, et le télescope n’a toujours pas été lancé ».

Toutefois, Mme Hunter souligne le soin et l’attention qui ont été apportés pour s’assurer que l’observatoire fonctionne parfaitement une fois en orbite, un processus qui a impliqué plus de 200 ingénieurs et scientifiques travaillant sur le seul MIRI. « Un consortium européen a fourni les composants et MIRI a été assemblé à partir de ceux-ci au Rutherford Appleton Laboratory dans l’Oxfordshire », ajoute-t-elle.

« Il a ensuite été placé dans des chambres d’essai, dont l’air a été aspiré, et les températures ont été réduites à des niveaux que le télescope connaîtra dans l’espace. Après avoir passé ces tests avec succès, MIRI a été envoyé à la Nasa, intégré aux trois autres détecteurs infrarouges du télescope et soumis à de nouveaux tests de cyrovac. Cela prend beaucoup de temps pour faire ce genre de choses, mais cela en vaut la peine ».

Le retard de plusieurs décennies infligé au James Webb a toutefois eu d’autres conséquences. Depuis qu’il a été initialement nommé en 2002, la politique a évolué. En 2021, de nombreux scientifiques considèrent le nom comme inapproprié, car ils accusent James Webb – un ancien administrateur de la Nasa – d’avoir écarté les gays et les lesbiennes des postes de la Nasa dans les années 1950 et 1960, et ont fait pression pour que le télescope porte un autre nom. L’agence spatiale a refusé ces demandes, mais la controverse risque de perdurer.

Il reste également à voir ce que le James Webb va découvrir. Au cours de ses trois décennies d’activité, Hubble a contribué à fixer l’âge de l’univers à 13,8 milliards d’années, à déterminer le taux d’expansion de l’univers et à montrer que presque toutes les grandes galaxies ont un trou noir en leur centre.

Cette fois, les astronomes en attendent encore plus. Parmi leurs espoirs, il y a la perspective d’imager les premières galaxies qui se sont formées après le big bang, de comprendre comment les étoiles naissent et évoluent, et d’étudier le potentiel d’apparition de la vie dans les systèmes planétaires. Tout cela devra être réalisé en une décennie, soit la durée de vie maximale probable du James Webb. Au bout de dix ans, on s’attend à ce qu’il soit à court de carburant et que le télescope ne soit plus en mesure de se maintenir à la position L2. Il déviera alors de sa trajectoire pour devenir le déchet spatial le plus cher jamais construit.

« Il est peu probable qu’un observatoire aussi coûteux et complexe que le James Webb soit à nouveau construit avant très longtemps », déclare Ward. « Les grands observatoires comme ceux-ci sont comme des arbres de Noël. Ils sont équipés de tant d’instruments différents qui sont attachés comme des boules de Noël. À l’avenir, on peut s’attendre à ce que les agences spatiales préfèrent des télescopes plus petits et moins chers ayant des rôles plus spécifiques. Donc oui, dans un sens, cela pourrait être le dernier Noël de l’astronomie spatiale. »

Lea LAMBERT

Lea LAMBERT

Elle est photographe professionnelle. Elle souhaite partager son amour de la photo à travers différentes illustrations de nos articles. Léa adore la région nantaise et ses paysages. Son expertise est un atout pour notre équipe.
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