JWST2

L’infrarouge du JWST : Premiers résultats
Images et données

Le télescope spatial James Webb est aligné sur ses quatre instruments scientifiques, comme le montre une image d’ingénierie précédente montrant le champ de vision complet de l’observatoire. Cette image est une grande avant-première, l’une des toutes premières photos du JWST avant même qu’il ne soit entré dans une phase réellement opérationnelle ! Maintenant, nous examinons de plus près cette même image, en nous concentrant sur l’instrument le plus froid de Webb : l’instrument à infrarouge moyen, ou MIRI. L’image de test MIRI (à 7,7 microns) montre une partie du Grand Nuage de Magellan. Cette petite galaxie satellite de la Voie lactée a fourni un champ d’étoiles dense pour tester les performances de Webb.

Ici, un gros plan de l’image MIRI est comparé à une image antérieure de la même cible prise avec la caméra infrarouge du télescope spatial Spitzer de la NASA (à 8,0 microns). Le Spitzer à la retraite a été le premier observatoire à fournir des images haute résolution de l’univers proche et moyen infrarouge. Webb, grâce à son miroir primaire nettement plus grand et à ses détecteurs améliorés, nous permettra de voir le ciel infrarouge avec une clarté améliorée, permettant encore plus de découvertes. La différence saute aux yeux, c’est une évidence.

Par exemple, l’image MIRI de Webb montre le gaz interstellaire avec des détails sans précédent. Ici, vous pouvez voir l’émission des « hydrocarbures aromatiques polycycliques » – des molécules de carbone et d’hydrogène qui jouent un rôle important dans l’équilibre thermique et la chimie du gaz interstellaire. Lorsque Webb sera prêt à commencer les observations scientifiques, des études comme celles-ci avec MIRI aideront à donner aux astronomes de nouvelles informations sur la naissance des étoiles et des systèmes protoplanétaires.

Entre-temps, l’équipe Webb a commencé le processus de configuration et de test des instruments de Webb pour commencer les observations scientifiques cet été. Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’ASC. MIRI fait partie de la contribution de l’Europe à la mission Webb. C’est un partenariat entre l’Europe et les États-Unis ; les principaux partenaires sont l’ESA, un consortium d’instituts européens financés au niveau national, le Jet Propulsion Laboratory (JPL) et le Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA.

Traduction : Olivier Sabbagh


L’ESA nous a communiqué, il y a quelques jours, les cibles cosmiques qui ont été retenues pour être les premières images du JWST dans sa phase opérationnelle. Les clichés du JWST ont été accessibles dans l’après-midi du 12 juillet. Elles sont donc désormais visibles un peu plus bas sur cette même page.

Le télescope spatial James Webb des agences NASA/ESA/CSA va bientôt révéler des vues détaillées et sans précédent de l’Univers, avec la première parution de ses premières images couleur et données spectroscopiques.

Ci-dessous, la liste des objets cosmiques qui ont été retenus pour être les premières observations du JWST, qui seront révélées mardi 12 juillet à partir de 16h30. Chaque image sera disponible simultanément sur les réseaux sociaux et sur les sites web des agences partenaires, dont celui du GAP47.

  • La nébuleuse de la Carène (NGC 3372).
    La nébuleuse de la Carène est l’une des plus grandes et des plus lumineuses du ciel, située approximativement à 7.600 années-lumière dans la constellation australe de la Carène. Les nébuleuses sont des nurseries stellaires où se forment les étoiles. La nébuleuse de la Carène héberge de nombreuses étoiles massives, plusieurs fois plus grandes que notre Soleil.
  • WASP-96b (son spectre)
    WASP-96b est une planète géante en dehors du système solaire, essentiellement composée de gaz. La planète, située à près de 1.150 années-lumière de la Terre, accomplit une orbite autour de son étoile en 3,4 jours ! Sa masse est d’environ la moitié de celle de Jupiter et elle a été découverte en 2014.
  • La nébuleuse australe de l’anneau, NGC 3132 (ou Caldwell 74), (ne pas confondre avec M57, ou nébuleuse planétaire de l’anneau dans la Lyre, hémisphère boréal).
    La nébuleuse australe de l’anneau ou la nébuleuse « aux huit éclats », est une nébuleuse planétaire, un nuage de gaz en expansion, entourant une étoile mourante. Elle a un diamètre de presque une demi année-lumière et se situe à environ 2.000 années-lumière de la Terre.
  • Le Quintet de Stéphan (découvert par l’astronome français Édouard Stéphan en 1878) :  NGC 7317, 7318A, 7318B, 7319 qui se situent à près de 300 millions d’années-lumière, et NGC 7320 qui n’est qu’à 50 millions d’années-lumière.
    À quelques 290 millions d’années-lumière de nous, le Quintet de Stéphan se situe dans la constellation de Pégase. Elle est notamment connue parce qu’elle a été le premier groupe compact de galaxies jamais découvert. Quatre des cinq galaxies du quintet sont verrouillées dans une danse cosmique et répétitive de proches rencontres.
  • SMACS 0723
    C’est un amas massif de galaxies de premier plan qui amplifie et déforme la lumière des objets derrière lui, permettant une vue en champ profond des populations de galaxies extrêmement éloignées et intrinsèquement faibles (NDT : phénomène de lentille gravitationnelle).

La publication de ces premières images marque le commencement official des opérations scientifiques du JWST, qui continuera à explorer les thèmes majeurs de sa mission. Des équipes se sont déjà places dans un processus compétitif pour pouvoir utiliser du temps sur ce télescope, dans un premier cycle ou première année d’observation.

Traduction : Olivier Sabbagh


Avant toute chose, nous vous conseillons de bien lire les commentaires et explications de l’ESA sur les photos et diagrammes réalisés d’après les données du James Webb Space Telescope.

Mais nous vous conseillons aussi de compléter ces explications par deux fichiers de l’équipe “Astrogeek” qui expliquent très bien un certaine nombre de subtilités concernant la compréhension de ce que vous verrez sur les images du JWST.

Voici les deux liens vers les vidéos YouTube :

 

Et voici… la première des photos du JWST, annoncée parmi les 5 cibles choisies et publiée en avance :

ESA 2022 07 12 – Le JWST du consortium NASA/ESA/CSA nous livre la plus profonde image de l’Univers à ce jour

L’image de Webb a la taille d’un grain de sable tenu à bras tendu, mais elle nous révèle des milliers de galaxies sur un petit ruban du vaste Univers. Cette vue nette en proche infrarouge nous montre de pâles structures dans des galaxies extrêmement distantes, ce qui est un regard sans précédent vers des galaxies situées à des milliards d’années dans le passé. Pour la première fois, Webb a aussi détaillé la composition chimique des galaxies de l’Univers primordial. Dans cette image il y a quelques étoiles seulement, mais des dizaines de milliers de galaxies !

Connu sous le nom de premier champ profond de Webb, on y voit l’amas de galaxies SMACS 0723 et il regorge de milliers de galaxies, y compris les objets les plus petits et les plus faibles jamais observés. La masse combinée de cet amas de galaxies agit comme une lentille gravitationnelle ce qui grossit les galaxies les plus distantes, dont quelques-unes sont visibles alors que l’Univers n’était pas encore âgé d’un milliard d’années. Ce champ profond, pris par la caméra en proche infrarouge de Webb (NIRCam), est un composite réalisé à partir d’images prises dans différentes longueurs d’onde, avec un total de 12 heures et demie de poses, atteignant des profondeurs à des longueurs d’onde infrarouges au-delà de ce qu’avait pu réaliser le télescope Hubble en plusieurs semaines. Et c’est seulement le début. Les chercheurs vont continuer à se servir de Webb pour faire des poses plus longues, révélant plus encore de choses sur notre vaste Univers.

Cette image montre l’amas de galaxies SMACS 0723 tel qu’il était il y a 4,6 milliards d’années, avec beaucoup plus de galaxies devant et derrière cet amas. Beaucoup d’autres choses seront révélées sur cet amas quand les chercheurs analyseront les données de Webb en profondeur. Ce champ a également été imagé par le Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb, qui observe la lumière infrarouge moyenne.

Le télescope NASA/ESA/CSA Webb a encore une autre machine de découverte à bord, le réseau de micro-obturateurs du spectrographe proche infrarouge (NIRSpec). Cet instrument possède plus de 248.000 minuscules portes qui peuvent être ouvertes individuellement pour recueillir simultanément les spectres (lumière) d’environ 150 objets individuels.Sur les milliers de galaxies lointaines derrière l’amas de galaxies SMACS 0723, NIRpec en a observé 48 individuellement – toutes en même temps – dans un champ qui a approximativement la taille d’un grain de sable tenu à bout de bras. Une analyse rapide a immédiatement montré que plusieurs de ces galaxies ont été observées telles qu’elles existaient à des périodes très anciennes de l’histoire de l’univers, dont l’âge est estimé à 13,8 milliards d’années.Recherchez la même caractéristique mise en évidence dans chaque spectre. Trois lignes apparaissent dans le même ordre à chaque fois – une ligne d’hydrogène suivie de deux lignes d’oxygène ionisé. L’endroit où ce motif tombe sur chaque spectre indique aux chercheurs le décalage vers le rouge des galaxies individuelles, révélant depuis combien de temps leur lumière a été émise.La lumière de la galaxie la plus éloignée montrée a parcouru 13,1 milliards d’années avant que les miroirs de Webb ne la capturent. Ces observations marquent la première fois que ces raies d’émission particulières ont été vues à des distances aussi immenses – et ce ne sont que les premières observations de Webb. Il peut y avoir des galaxies encore plus éloignées dans cette image !Dans ces spectres, Webb nous a également montré pour la première fois la composition chimique des galaxies au tout début de l’Univers. Cela a été rendu possible par la position du télescope dans l’espace – loin de l’atmosphère terrestre, qui filtre une partie de la lumière infrarouge – et sa spécialisation dans la collecte de lumière proche infrarouge à haute résolution.Et comme des spectres similaires de galaxies à des distances plus proches ont longtemps été étudiés par d’autres observatoires spatiaux et terrestres, les astronomes en savent déjà beaucoup sur les propriétés des galaxies proches. Désormais, les astronomes pourront étudier et comparer les spectres de Webb pour déterminer comment les galaxies ont changé au cours de milliards d’années, depuis l’Univers primitif.Grâce aux données de Webb, les chercheurs peuvent désormais mesurer la distance, la température, la densité de gaz et la composition chimique de chaque galaxie. Nous en apprendrons bientôt une quantité incroyable sur les galaxies qui ont existé tout au long du temps cosmique !

Le NIRCam de Webb a mis au point des galaxies lointaines, elles ont de minuscules structures faibles qui n’ont jamais été vues auparavant, y compris des amas d’étoiles et des caractéristiques diffuses. La lumière de ces galaxies a mis des milliards d’années à nous parvenir. Nous regardons en arrière dans le temps jusqu’à un milliard d’années après le big bang lorsque nous observons les galaxies les plus jeunes dans ce domaine. La lumière a été étirée par l’expansion de l’Univers aux longueurs d’onde infrarouges que Webb a été conçu pour observer. Les chercheurs commenceront bientôt à en savoir plus sur les masses, les âges, les histoires et les compositions des galaxies.

Envie de partir à la chasse au trésor galactique ? Les données connues sous le nom de spectres du télescope NASA/ESA/CSA Webb facilitent la recherche et la correspondance des prix cosmiques ! À l’extrême gauche se trouve une image proche infrarouge de l’amas de galaxies SMACS 0723. Un groupe de galaxies massives en dessous et à droite de l’étoile centrale brillante a déformé, agrandi et reflété de nombreuses galaxies dans ce champ.En examinant rapidement l’image à gauche à l’œil nu, il devient plus clair qu’un arc peut être composé de deux galaxies d’apparence similaire. Leurs régions centrales lumineuses correspondent, malgré leurs apparences étirées. Celles-ci peuvent être des galaxies à lentilles – une galaxie qui se reflète dans un deuxième emplacement. Sont-ils les mêmes ? Les chercheurs ne peuvent pas être sûrs à partir de l’image seule – plus de données sont nécessaires pour confirmer une correspondance.Pour ce faire, les scientifiques collectent des spectres, qui diffusent la lumière afin de pouvoir examiner pleinement la composition d’un objet. L’imageur dans le proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS) de Webb, qui rassemble les spectres de chaque objet dans n’importe quel champ qu’il observe, a été pointé vers l’amas de galaxies pour recueillir plus de détails. Un segment de l’image prisme NIRISS (un instrument qui a un réseau, ou des marches d’escalier, sur un prisme), au centre, montre comment les lignes d’émission d’oxygène ionisé et d’hydrogène atomique sont distribuées le long de l’arc.Ensuite, les spectres de chacune de ces deux galaxies ont été tracés sous forme de graphiques, illustrés à droite, pour révéler leurs compositions. Les graphiques, appelés spectres, correspondent, ce qui indique que ces arcs sont des images miroir de la même galaxie. Les spectres de Webb de NIRISS ont également rapidement prouvé que la lumière des deux galaxies avait été émise il y a 9,3 milliards d’années, confirmant encore qu’elles sont identiques.Utiliser le NIRISS de Webb, c’est comme ouvrir un coffre au trésor débordant de spectres. Par exemple, cet instrument peut disperser les spectres le long de l’image verticalement et horizontalement. Les chercheurs peuvent utiliser les deux modes pour démêler les lignes correspondant à chaque source.L’image de chaque objet peut être transformée en spectres comme les deux montrés ci-dessus. Ainsi, même si les chercheurs n’ont pas l’intention d’étudier une galaxie particulière sur le terrain, ils peuvent faire une découverte surprise.

D’autres caractéristiques comprennent les arcs proéminents dans ce domaine. Le puissant champ gravitationnel d’un amas de galaxies peut dévier les rayons lumineux de galaxies plus éloignées derrière lui, tout comme une loupe courbe et déforme les images. Les étoiles sont également capturées avec des pics de diffraction proéminents, car elles apparaissent plus brillantes à des longueurs d’onde plus courtes.L’image MIRI de Webb offre un kaléidoscope de couleurs et de reflets là où se trouve la poussière, un ingrédient majeur pour la formation des étoiles et, finalement, la vie elle-même. Les galaxies bleues contiennent des étoiles, mais très peu de poussière. Les objets rouges dans ce champ sont enveloppés d’épaisses couches de poussière. Les galaxies vertes sont peuplées d’hydrocarbures et d’autres composés chimiques. Les chercheurs pourront utiliser des données comme celles-ci pour comprendre comment les galaxies se forment, grandissent et fusionnent les unes avec les autres, et dans certains cas pourquoi elles arrêtent complètement de former des étoiles.

Cette galaxie a émis sa lumière il y a 13,1 milliards d’années.Elle a été capturée par le réseau de micro-obturateurs de Webb, qui fait partie de son spectrographe proche infrarouge (NIRSpec). Cet instrument est si sensible qu’il peut observer la lumière de galaxies individuelles qui existaient au tout début de l’Univers. Cela se révélera transformationnel pour la recherche. Les capacités de Webb ont permis aux scientifiques d’observer des spectres de galaxies aussi éloignées pour la première fois.Lorsque les chercheurs étendent la lumière d’une galaxie individuelle dans un spectre, comme le graphique ci-dessus, ils peuvent en apprendre davantage sur la composition chimique, la température et la densité du gaz ionisé de la galaxie. Par exemple, le spectre de cette galaxie révélera les propriétés de son gaz, ce qui indiquera comment ses étoiles se forment et combien de poussière il contient. Ces données sont riches – et n’ont jamais été détectées d’aussi loin avec cette qualité.Alors que les astronomes commencent à analyser les données de Webb, nous en apprendrons énormément sur les galaxies qui ont existé tout au long du temps cosmique – et comment elles se comparent aux belles galaxies spirales et elliptiques de l’Univers voisin.

En plus de prendre des images, deux des instruments de Webb ont également obtenu des spectres, des données qui révèlent les propriétés physiques et chimiques des objets qui aideront les chercheurs à identifier beaucoup plus de détails sur les galaxies lointaines dans ce domaine. Le réseau de micro-obturateurs du spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) de Webb a observé 48 galaxies individuelles en même temps (une nouvelle technologie utilisée pour la première fois dans l’espace) renvoyant une suite complète de détails sur chacune. Les données ont révélé la lumière d’une galaxie qui a voyagé pendant 13,1 milliards d’années avant que les miroirs de Webb ne la capturent. Les données NIRSpec montrent également à quel point les spectres de galaxies seront détaillés avec les observations de Webb. Enfin, l’imageur proche infrarouge et le spectrographe sans fente (NIRISS) de Webb ont utilisé la spectroscopie sans fente à champ large pour capturer simultanément les spectres de tous les objets dans l’ensemble du champ de vision. Parmi les résultats, il s’avère que l’une des galaxies a une image miroir. SMACS 0723 peut être vu près de la constellation Volans dans le ciel austral.

Traduction : Olivier Sabbagh


Et voici… la seconde des photos du JWST, annoncée parmi les 5 cibles choisies :

ESA 2022 07 12  – Webb révèle l’atmosphère embuée d’une planète distante avec des détails exquis

 

L’énorme miroir de Webb et la précision de ses instruments joignent leurs forces pour capturer les mesures les plus détaillées de la lumière stellaire qui filtrent au travers de l’atmosphère d’une planète située en dehors de notre système solaire.

Le spectre de la lumière (qui contient des informations sur la composition d’une atmosphère planétaire située à 1.150 années-lumière de nous) révèle la signature distincte de l’eau. La force du signal que Webb a détectée montre le rôle important du télescope dans la recherche de planètes potentiellement habitables dans les années à venir. La puissante vue de Webb montre également des preuves de la présence de brume et de nuages que de précédentes études sur cette planète n’avaient pas détecté.

Le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA a capturé la signature distincte de l’eau, de même que les preuves de la présence de nuages et de brume, dans l’atmosphère qui entoure une planète géante, gazeuse, gonflée et chaude en orbite autour d’une étoile lointaine semblable au Soleil.

L’observation, qui révèle la présence de molécules de gaz spécifique basées sur de minuscules diminutions de la luminosité de couleurs précises de la lumière, est la plus détaillée du genre à ce jour, démontrant la capacité sans précédent qu’a Webb pour analyser des atmosphères situées à des centaines d’années-lumière de la Terre.

Bien que le télescope spatial Hubble ait analysé les atmosphères de nombreuses depuis 20 ans, et d’avoir capturé la première détection claire de la présence d’eau en 2013, les observations immédiates et plus détaillées de Webb marquent un pas de géant en avant dans sa capacité à caractériser des planètes potentiellement habitables en dehors de la Terre.

WASP-96 b est l’une des plus de 5.000 exoplanètes confirmées dans la Voie Lactée. Située à environ 1.150 années-lumière de nous dans la constellation australe du Phénix, elle représente un type de géante gazeuse qui n’a pas de semblable dans notre système solaire. Avec une masse de moins de la moitié de celle de Jupiter et un diamètre 20% plus grand, WASP-96 b beaucoup plus boursoufflée qu’aucune planète en orbite autour de notre Soleil. Et avec une température supérieure à 500°C, elle est significativement plus chaude. WASP-96 b a une orbite extrêmement proche de son étoile (comparable au Soleil), à seulement 1/9 de la distance qui sépare Mercure du Soleil, complétant une orbite en seulement trois jours et demi de notre temps terrestre (84 heures).

La combinaison d’une grande taille et d’une période orbitale très courte, son atmosphère boursoufflée et l’absence de contamination de la lumière par des objets proches dans le ciel, font de WASP-96 b une cible idéale pour des observations atmosphériques.La courbe de lumière lors du transit de l’exoplanète WASP-965 b

 

Le 21 juin, l’instrument NIRISS de Webb (Near-InfraRed Imager and Slitless Spectrograph = Imageur Spectrographe Sans Fente en Proche Infra-rouge) a mesuré la lumière du système de WASP-96 pendant 6,4 heures tandis que la planète passait devant son étoile. Le résultat est une courbe de lumière qui montre la diminution de la lumière totale de l’étoile pendant le transit et le spectre de transmission qui révèle le changement de la luminosité des longueurs d’onde individuelles de l’infrarouge, entre 0,6 et 2,8 microns.

Tandis que la courbe de lumière confirme les propriétés de la planète, qui avaient déjà été déterminées par de précédentes observations (l’existence, la taille et l’orbite de la planète) le spectre de transmission révèle des détails inconnus de son atmosphère : la signature non ambigüe de l’eau, les indications de brume et la preuve de présence de nuages dont on pensait qu’elles n’existaient pas lors d’observations précédentes.

Le spectre de transmission est réalisé en comparant la lumière de l’étoile, filtrée par l’atmosphère de la planète quand elle passe devant la lumière de son étoile, et la luminosité de l’étoile, non filtrée, détectée quand la planète se trouve derrière l’étoile. Les chercheurs sont capables de détecter et de mesurer l’abondance de gaz clés dans l’atmosphère d’une planète, en se basant sur le modèle d’absorption, les endroits et les hauteurs des pics sur le graphe. De la même manière que les gens ont des empreintes digitales et des séquences d’ADN distinctives, les atomes et les molécules ont des modèles caractéristiques des longueurs d’onde qu’ils absorbent.

Le spectre de transmission de l’exoplanète WASP-965 b par l’instrument NIRISS

 

Le spectre de WASP-96 b capturé par NIRISS n’est pas seulement le plus détaillé des spectres de transmission en proche infrarouge capture à ce jour, mais il couvre aussi une large et remarquable gamme de longueurs d’onde, dont la lumière rouge visible et une portion du spectre qui n’avait pas été précédemment accessible par d’autres télescopes (longueurs d’onde supérieures à 1,6 micron). Cette partie du spectre est particulièrement sensible à l’eau et à d’autres molécules clés comme l’oxygène, le méthane et le dioxyxde de carbone, qui ne sont pas immédiatement évidents dans le spectre de WASP-96 b, mais qui pourraient être détectables dans d’autres exoplanètes qui seront examinées par Webb.

Les chercheurs seront capables d’utiliser le spectre pour mesurer la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère, limiter l’abondance de divers éléments comme le carbone et l’oxygène, et estimer la température de l’atmosphère en profondeur. Ils peuvent utiliser ces informations pour faire des déductions sur la composition globale de la planète, ainsi que comment, quand et où elle a pu se former. La ligne bleue sur le graphe est le modèle parfait qui tient compte des données, les propriétés connues de WASP-96 b et de son étoile (taille, masse et température), et les caractéristiques assumées de l’atmosphère.

Les détails exceptionnels et la clarté de ces mesures sont possibles en raison de la conception de tout premier plan de Webb. Son miroir de 6,5 mètres de diamètre, recouvert d’or, collecte la lumière infrarouge de manière efficace. Ses spectrographes de précision dispersent la lumière en arcs-en-ciel de milliers de couleurs infrarouges. Et ses sensibles détecteurs infrarouges mesurent des différences extrêmement subtiles de luminosité. NIRISS peut détecter des différences de couleur de seulement un millième de micron (la différence entre le vert et le jaune est d’environ 50 microns), et des différences de luminosité entre ces couleurs de quelques centaines de par ties par million.

De plus, l’extrême stabilité de Webb et sa localisation orbitale autour du second point de Lagrange à environ 1,5 million de kilomètres, loin des effets de contamination de l’atmosphère terrestre, permet une vue ininterrompue et des données « propres » qui peuvent être analysées relativement vite.

Le spectre extraordinairement détaillé (réalisé par l’analyse simultanée de 280 spectres séparés générés pendant l’observation) fournit un indice de ce que Webb a en réserve pour la recherche sur les exoplanètes. Au cours de l’année qui vient les chercheurs vont utiliser la spectroscopie pour analyser les surfaces et les atmosphères de plusieurs douzaines d’exoplanètes, depuis les petites planètes rocheuses jusqu’aux géantes gazeuses riches en glace. Près d’un quart du premier cycle d’observation de Webb est alloué à l’étude des exoplanètes et de la matière qui les compose.

Cette observation de NIRISS démontre que Webb a le pouvoir de caractériser les atmosphères des exoplanètes, dont celles qui sont situées en zone potentiellement habitable, avec de remarquables détails.

Traduction : Olivier Sabbagh


Et voici… la troisième des photos du JWST, annoncée parmi les 5 cibles choisies :

ESA 2022 07 12 – Webb met en lumière l’évolution des galaxies et les trous noirs

Dans cette énorme nouvelle image, le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA révèle des détails inédits dans le groupe de galaxies du « Quintet de Stéphan ».

La grande proximité de ce système donne aux astronomes un siège au premier rang des fusions galactiques et leurs interactions. Cette nouvelle image de Webb montre avec de rares détails comment les galaxies en interaction déclenchent des formations d’étoiles dans les deux galaxies et comment les gaz des galaxies sont perturbés et les écoulements sont entraînés par un trou noir dans le Quintet de Stéphan, à un niveau de détail jamais vu auparavant. Les groupes de galaxies, resserrés comme celui-ci, ont peut-être été plus communs dans l’Univers primordial, quand il était surchauffé, et la matière qui tombait pouvait avoir alimenté des trous noirs très énergétiques.

Même aujourd’hui, la galaxie la plus grande, NGC 7319, abrite un noyau actif, un trou noir supermassif de 24 millions de fois la masse du Soleil. Il attire activement de la matière et rejette de l’énergie lumineuse comparable à 40 milliards de Soleil.

Le Quintet de Stéphan – Image de l’instrument MIRI

Le Quintet de Stephan, un groupe visuel de cinq galaxies, est mieux connu pour être mis en avant dans le film de vacances classique de « It’s a Wonderful Life ». Aujourd’hui, le télescope international Webb révèle le Quintet de Stéphan dans une nouvelle lumière. Cette énorme mosaïque est la plus grande de Webb à ce jour, couvrant environ 1/5 du diamètre de la Lune. Elle contient plus de 150 millions de pixels et est construite à partir de presque 1.000 images séparées. Les informations recueillies par Webb nous donnent de nouvelles perspectives sur les interactions galactiques, qui peuvent avoir entraîné l’évolution des galaxies dans l’Univers Primordial.

Avec sa puissante vision infrarouge et sa résolution spatiale extrêmement haute, Webb nous montre des détails jamais vus dans ce groupe de galaxies. Des amas étincelants de millions de jeunes étoiles et des régions d’étoiles fraîches ornent l’image. Des queues balayées de gaz, de poussières et d’étoiles sont extraites de plusieurs galaxies en raison d’interactions gravitationnelles. Plus spectaculaire encore, Webb capture plusieurs ondes de choc alors que l’une des galaxies, NGC 7318B, traverse l’amas.

Composition du gaz autour d’un trou noir actif (spectre de MIRI)

Ensemble, les cinq galaxies du Quintet de Stéphan sont aussi connues en tant que Hickson Compact Group 92 (HCG 92). Bien qu’il soit appelé un “Quintet”, seulement quatre des galaxies sont vraiment proches les unes des autres, prises dans une danse cosmique. La cinquième galaxie, à l’extrême gauche, appelée NGC 7320, est bien plus proche, dans l’avant-plan, par rapport aux quatre autres. NGC 7320 se situe à 40 millions d’années-lumière de la Terre, alors que les quatre autres (NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B, et NGC 7319) sont à environ 290 millions d’années-lumière. C’est toujours assez près en termes cosmiques, comparées à d’autres galaxies situées à des milliards d’années-lumière. L’étude de galaxies relativement proches comme celles-ci aide les scientifiques à mieux comprendre les structures également vues dans l’Univers beaucoup plus distant.

Composition du gaz autour du trou noir actif (NIRSpec IFU)

Webb a étudié le noyau galactique actif dans les details avec les instruments Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) et Mid-Infrared Instrument (MIRI). Les unités de champ intégrales (IFU) de ces instruments, qui sont une combinaison d’une caméra et d’un spectrographe, ont fourni à l’équipe de Webb un « cube de données », ou une collection d’images des caractéristiques spectrales du noyau galactique.

Tout comme l’imagerie par résonance magnétique (IRM) médicale, les IFU permettent aux scientifiques de « trancher et découper » les informations en plusieurs images pour une étude détaillée. Webb a percé le linceul de poussière entourant le noyau pour révéler du gaz chaud près du trou noir actif et mesurer la vitesse des écoulements brillants. Le télescope a vu ces écoulements entraînés par le trou noir avec un niveau de détail jamais vu auparavant.

Dans NGC 7320, la galaxie la plus à gauche et la plus proche du groupement visuel, Webb a pu résoudre des étoiles individuelles et même le noyau brillant de la galaxie.

Comme un “bonus”, Webb a révélé une vaste étendue de milliers de galaxies distantes, réminiscent des « champs profonds de Hubble ».

Vitesse du gaz près du trou noir actif

Combinées à l’image infrarouge la plus détaillée jamais réalisée du quintette de Stephan, par MIRI et la caméra proche infrarouge (NIRCam), les données de Webb fourniront une multitude de nouvelles informations précieuses. Par exemple, cela aidera les scientifiques à comprendre la vitesse à laquelle les trous noirs supermassifs se nourrissent et se développent. Webb voit également beaucoup plus directement les régions de formation d’étoiles et est capable d’examiner l’émission de la poussière – un niveau de détail impossible à obtenir jusqu’à présent. Situé dans la constellation de Pégase, le Quintette de Stephan a été découvert par l’astronome français Édouard Stephan en 1877.

Le Quintet de Stephan – images de NIRCam et de MIRI

Traduction : Olivier Sabbagh


Et voici… la quatrième des photos du JWST, annoncée parmi les 5 cibles choisies :

ESA 2022 07 12 – Webb capture la performance finale d’une étoile mourante dans les moindres détails

Le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA a révélé des détails de la nébuleuse planétaire australe de l’anneau qui étaient jusqu’à présent cachés aux astronomes.

Les nébuleuses planétaires sont des coquilles de gaz et de poussières éjectées depuis des étoiles mourantes. La puissante vue de Webb en infrarouge montre la seconde étoile de cette nébuleuse en pleine lumière, de même que les structures exceptionnelles créées quand les étoiles taillaient les gaz et les poussières autour d’elles. De nouveaux détails comme celui-ci, depuis les derniers moments de la vie d’une étoile, nous aideront à mieux comprendre comment les étoiles évoluent et transforment leurs environnements. Ces images révèlent aussi une cache de galaxies distantes dans l’arrière-plan. La plupart des points de couleur brillants sont des galaxies, pas des étoiles.

La nébuleuse australe de l’anneau (MIRI)

Certaines étoiles gardent le meilleur pour la fin.

L’étoile plus faible au centre de cette scène envoie des anneaux de gaz et de poussière dans toutes les directions depuis des milliers d’années, et le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb a révélé pour la première fois que cette étoile est recouverte de poussière.

Deux caméras à bord de Webb ont capturé la dernière image de cette nébuleuse planétaire, cataloguée sous le nom de NGC 3132 et connue officieusement sous le nom de nébuleuse de l’anneau sud. Il se trouve à environ 2.500 années-lumière. Webb permettra aux astronomes de creuser beaucoup plus de détails sur les nébuleuses planétaires comme celle-ci, des nuages ​​de gaz et de poussière expulsés par des étoiles mourantes. Comprendre quelles molécules sont présentes et où elles se trouvent dans les coquilles de gaz et de poussière aidera les chercheurs à affiner leurs connaissances de ces objets.

Cette observation montre la nébuleuse de l’anneau sud presque de face. Si nous pouvions la faire pivoter pour la voir par le côté, sa forme tridimensionnelle ressemblerait davantage à deux bols placés ensemble au fond, s’ouvrant l’un par rapport à l’autre avec un grand trou au centre.Deux étoiles, qui sont verrouillées ensemble dans une orbite serrée, façonnent le paysage local. Les images infrarouges de Webb présentent de nouveaux détails dans ce système complexe. Les étoiles (et leurs couches de lumière) sont proéminentes dans l’image de la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam), tandis que l’image de l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI) montre pour la première fois que la deuxième étoile est entourée de poussière. L’étoile la plus brillante est à un stade plus précoce de son évolution et éjectera probablement sa propre nébuleuse planétaire à l’avenir.

La nébuleuse australe de l’anneau – NIRCam

En attendant, l’étoile la plus brillante influence l’apparence de la nébuleuse. Alors que la paire continue à orbiter l’une autour de l’autre, elle “remue le pot” de gaz et de poussière, provoquant des motifs asymétriques. Chaque coquille représente un épisode au cours duquel l’étoile la plus faible a perdu une partie de sa masse. Les coquilles de gaz les plus grandes vers les zones extérieures de l’image ont été éjectés plus tôt. Les plus proches de l’étoile sont les plus récentes. Retracer ces éjections permet aux chercheurs de se pencher sur l’histoire du système.

Les observations prises avec NIRCam révèlent également des rayons de lumière extrêmement fins autour de la nébuleuse planétaire. La lumière des étoiles centrales s’écoule là où il y a des trous dans le gaz et la poussière – comme la lumière du soleil à travers les interstices d’un nuage.

Comme les nébuleuses planétaires existent depuis des dizaines de milliers d’années, observer une nébuleuse revient à regarder un film à une vitesse exceptionnellement ralentie. Chaque coquille que l’étoile a gonflée donne aux chercheurs la possibilité de mesurer avec précision le gaz et la poussière qui s’y trouvent.

Lorsque l’étoile éjecte des coquilles de matière, de la poussière et des molécules se forment à l’intérieur de celles-ci, modifiant le paysage alors même que l’étoile continue d’expulser de la matière. Cette poussière finira par enrichir les zones qui l’entourent, s’étendant dans ce qu’on appelle le milieu interstellaire. Et comme elle a une très longue durée de vie, la poussière peut finir par voyager dans l’espace pendant des milliards d’années et s’incorporer à une nouvelle étoile ou planète. 

Dans des milliers d’années, ces couches délicates de gaz et de poussière se dissiperont dans l’espace environnant.

Traduction : Olivier Sabbagh


Et voici… la cinquième et dernière des photos du JWST, annoncée parmi les 5 premières cibles choisies :

ESA 2022 07 12 – Webb révèle des falaises cosmiques, un paysage scintillant de naissances d’étoiles

Le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA révèle des pépinières stellaires émergentes et des étoiles individuelles dans la nébuleuse de la Carène qui étaient obscurcies auparavant.

Les nouvelles images montrent comment les caméras de Webb peuvent regarder à travers la poussière cosmique, apportant un nouvel éclairage sur la formation des étoiles. Les objets dans les premières phases rapides de la formation d’étoiles sont difficiles à capturer, mais l’extrême sensibilité, la résolution spatiale et la capacité d’imagerie de Webb peuvent relater ces événements insaisissables.

Falaises cosmiques dans la Carène – NIRCam et MIRI

Ce paysage de “montagnes” et de “vallées” parsemées d’étoiles scintillantes est en réalité le bord d’une jeune région de formation d’étoiles appelée NGC 3324 dans la nébuleuse de la Carène. Capturée en lumière infrarouge par Webb, cette image révèle pour la première fois des zones de naissance d’étoiles auparavant invisibles.

Appelée « les falaises cosmiques », l’image apparemment tridimensionnelle de Webb ressemble à des montagnes escarpées un soir de pleine lune. En réalité, c’est le bord de la cavité gazeuse géante dans NGC 3324, et les “pics” les plus hauts de cette image mesurent environ 7 années-lumière de haut. La zone caverneuse a été creusée dans la nébuleuse par le rayonnement ultraviolet intense et les vents stellaires des jeunes étoiles extrêmement massives et chaudes situées au centre de la bulle, au-dessus de la zone montrée sur cette image.

Les cloques du rayonnement ultraviolet des jeunes étoiles sculptent la paroi de la nébuleuse en l’érodant lentement. Des piliers spectaculaires dominent le mur de gaz rougeoyant, résistant à ce rayonnement. La « vapeur » qui semble s’élever des « montagnes » célestes est en fait du gaz chaud et ionisé et de la poussière chaude s’échappant de la nébuleuse en raison du rayonnement incessant.

Falaises cosmiques dans la Carène – NIRCam

Webb révèle les pépinières stellaires émergentes et les étoiles individuelles qui sont complètement cachées dans les images en lumière visible. En raison de la sensibilité de Webb à la lumière infrarouge, il peut regarder à travers la poussière cosmique pour voir ces objets. Des jets proto-stellaires, qui ressortent clairement sur cette image, jaillissent de certaines de ces jeunes étoiles. Les sources les plus jeunes apparaissent sous forme de points rouges dans la région sombre et poussiéreuse du nuage. Les objets dans les premières phases rapides de la formation d’étoiles sont difficiles à capturer, mais l’extrême sensibilité, la résolution spatiale et la capacité d’imagerie de Webb peuvent relater ces événements insaisissables.

Ces observations de NGC 3324 éclaireront le processus de formation des étoiles. La naissance des étoiles se propage dans le temps, déclenchée par l’expansion de la cavité d’érosion. Au fur et à mesure que le bord brillant et ionisé se déplace dans la nébuleuse, il pousse lentement dans le gaz et la poussière. Si le bord rencontre un matériau instable, la pression accrue déclenchera l’effondrement du matériau et la formation de nouvelles étoiles.

À l’inverse, ce type de perturbation peut également empêcher la formation d’étoiles lorsque le matériau de fabrication des étoiles est érodé. Il s’agit d’un équilibre très délicat entre le déclenchement de la formation d’étoiles et son arrêt. Webb abordera certaines des grandes questions ouvertes de l’astrophysique moderne : qu’est-ce qui détermine le nombre d’étoiles qui se forment dans une certaine région ? Pourquoi les étoiles se forment-elles avec une certaine masse ?

Webb révélera également l’impact de la formation d’étoiles sur l’évolution de gigantesques nuages ​​de gaz et de poussière. Alors que l’effet des étoiles massives (avec leurs vents violents et leur haute énergie) est souvent apparent, on en sait moins sur l’influence des étoiles de faible masse plus nombreuses. Au fur et à mesure qu’elles se forment, ces étoiles plus petites créent des jets étroits et opposés que l’on voit ici, qui peuvent injecter beaucoup d’élan et d’énergie dans les nuages. Cela réduit la fraction de matière nébulaire qui engendre de nouvelles étoiles.

Jusqu’à présent, les scientifiques disposaient de très peu de données sur l’influence de la multitude d’étoiles de faible masse jeunes et plus énergétiques. Avec Webb, ils pourront obtenir un recensement complet de leur nombre et de leur impact dans toute la nébuleuse. Située à environ 7.600 années-lumière, NGC 3324 a été photographiée par la caméra proche infrarouge (NIRCam) et l’instrument infrarouge moyen (MIRI) de Webb. NIRCam, avec sa résolution nette et sa sensibilité inégalée, dévoile des centaines d’étoiles précédemment cachées, et même de nombreuses galaxies d’arrière-plan.

Selon MIRI, les jeunes étoiles et leurs disques poussiéreux formant des planètes brillent dans l’infrarouge moyen, apparaissant en rose et en rouge. MIRI révèle des structures qui sont incrustées dans la poussière et découvre les sources stellaires de jets et d’écoulements massifs. Avec MIRI, la poussière chaude et le matériau semblable à de la suie à la surface des crêtes brillent, donnant l’apparence de roches déchiquetées. NGC 3324 a été catalogué pour la première fois par James Dunlop en 1826. Visible depuis l’hémisphère sud, il est situé à l’angle nord-ouest de la nébuleuse Carina (NGC 3372), qui réside dans la constellation de la Carène. La nébuleuse de la Carène abrite la nébuleuse du trou de serrure et l’étoile supergéante active et instable appelée Êta Carinæ.

Traduction : Olivier Sabbagh


Nouvelles images de Webb : Jupiter
ESA : 2022 08 22

Avec des tempêtes géantes, des vents puissants, des aurores, des températures et des pressions extrêmes, Jupiter a beaucoup de choses à faire. Le télescope spatial James Webb du consortium NASA/ESA/CSA a capturé de nouvelles images de la planète. Les observations de Jupiter par Webb donneront aux scientifiques encore plus d’indices sur la vie intérieure de Jupiter.

Cette image vient de la caméra NIRCam en proche infrarouge, Étant donné que la lumière infrarouge est invisible pour l’œil humain, la lumière a été cartographiée sur le spectre visible. Généralement, les longueurs d’onde les plus longues apparaissent plus rouges et les longueurs d’onde les plus courtes sont affichées en bleu. Les scientifiques ont collaboré avec la scientifique Judy Schmidt pour traduire les données Webb en images.

L’image a été créée à partir d’un composite de plusieurs images de Webb. Les aurores visibles s’étendent à des hautes altitudes au-dessus des pôles nord et sud de Jupiter. Les aurores brillent dans un filtre qui est porteur de couleurs rougeâtres, ce qui met aussi en valeur la lumière reflétée par les nuages bas et les hautes brumes. Un filtre différent, coloré dans les jaunes et les verts, montre des brumes qui tournoient autour des pôles. Un troisième filtre, dans les couleurs bleues, montre la lumière qui est reflétée par de gros nuages plus profonds. La Grande Tache Rouge, une célèbre tempête, si grande qu’elle pourrait avaler la Terre, apparaît en blanc sur ces images, comme font d’autres nuages car ils reflètent la lumière du Soleil.

Dans cette autre image à grand champ, Webb voit Jupiter avec ses pâles anneaux, qui sont un million de fois plus fins que la planète, et deux petites lunes appelées Amalthea et Adrastea. Les taches un peu floues dans l’arrière-plan du bas sont probablement des galaxies qui décorent cette vue Jovienne.

Image composite de la caméra NIRCam de Webb (2 filtres) prise le 27 juillet 2022. Même image, annotée

 

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb détecte du dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une exoplanète

ESA : 2022 08 22

Le télescope spatial James Webb du consortium NASA/ESA/CSA a découvert la preuve indiscutable de la présence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère d’une planète de type géante gazeuse en orbite autour d’une étoile comparable au Soleil, à 700 années-lumière de la Terre. Ce résultat fournit de nouvelles connaissances sur la composition et la formation de la planète, et elle démontre la capacité de Webb de détecter et de mesurer le dioxyde de carbone dans les très fines atmosphères de planètes plus petites et rocheuses.

La planète WASP-39 b est une géante gazeuse avec une masse d’environ ¼ de celle de Jupiter (ou identique à celle de Saturne) mais d’un diamètre de 1,3 fois celui de Jupiter. Son gonflement extrême est dû en partie à sa haute température de surface (900 °C). Différente des planètes géantes plus froides et plus compactes de notre système solaire, WASP-39 b a une orbite extrêmement proche de son étoile, de l’ordre de 1/8 de la distance entre le Soleil et Mercure et parcourant une orbite complète en 4 jours terrestres. La découverte en 2011 de cette planète a été basée sur des détections terrestres de la subtile et périodique diminution de la lumière de l’étoile quand la planète passait en face d’elle.

Les planètes transitant devant leurs étoiles dans notre axe de visée, comme WASP-39 b, donnent aux chercheurs des opportunités idéales de tester les atmosphères de ces exoplanètes.

Exoplanète WASP-39 b – Transmission de son spectre par l’instrument NIRSpec

Pendant un transit, une partie de la lumière de l’étoile est complètement éclipsée (ce qui provoque sa diminution globale) dont une partie est transmise au travers de l’atmosphère de la planète. L’atmosphère filtre certaines couleurs plus que d’autres, ce qui dépend de facteurs tels que de quoi est faite l’atmosphère, quelle est son épaisseur, y a-t-il ou non des nuages. Nous observons de tels effets dans notre propre atmosphère quand la couleur et la qualité de la lumière change en fonction de la brume ou de l’humidité de l’air, ou en fonction de la position du Soleil dans le ciel).

Parce que différents gaz absorbent différentes combinaisons de couleurs, les chercheurs peuvent analyser de petites différences dans la luminosité de la lumière, au travers d’un spectre de longueurs d’onde et de déterminer exactement de quoi est faite l’atmosphère. Avec sa combinaison d‘atmosphère gonflée et de transits fréquents, WASP-39 b est une cible idéale pour cette technique, connue sous le nom de transmission spectroscopique. L’équipe a utilisé le spectrographe en proche infrarouge (NIRSpec) pour réaliser cette détection.

Dans le spectre résultant de l’atmosphère de l’exoplanète, la petite bosse entre 4,1 et 4,6 microns est tout sauf banale pour les chercheurs. C’est la première preuve, claire, détaillée et indiscutable de la présence de dioxyde de carbone jamais détecté sur une planète hors de notre système solaire.

« Dès que cette donnée est apparue sur mon écran, l’énorme présence du dioxyde de carbone m’a sauté aux yeux », dit Zafar Rustamkulov, un étudiant diplômé de l’Université John Hopkins aux USA, et membre de l’équipe sur les transits des exoplanètes. « C’était un moment spécial, avec le franchissement d’un seuil important dans la science des exoplanètes ».

Même sans cette forte caractéristique de dioxyde de carbone, ce spectre serait déjà remarquable. Aucun observatoire n’a jamais mesuré auparavant de telles différences subtiles dans la luminosité de tant de couleurs individuelles dans la zone de 3 à 5,5 microns dans la transmission du spectre d’une exoplanète. Accéder à cette partie du spectre est crucial pour mesurer l’abondance des gaz comme l’eau, le méthane, de même que le dioxyde de carbone, dont on pense qu’ils existent dans les atmosphères de beaucoup de différents types d’exoplanètes.

« La détection d’un signal aussi clair de dioxyde de carbone sur WASP-39 b est de bon augure pour la détection d’atmosphères sur des planètes plus petites et de taille terrestre », a déclaré Natalie Batalha de l’Université de Californie à Santa Cruz, aux États-Unis, qui dirige l’équipe de chercheurs qui étudient les exoplanètes en transit avec Webb. « C’est prodigieux de voir l’instrument ESA NIRSpec produire ces données incroyables si tôt dans la mission, alors que nous savons que nous pouvons encore améliorer la qualité des données à l’avenir », a ajouté Sarah Kendrew, scientifique calibration de MIRI sur le Web, à Baltimore, aux États-Unis.

Exoplanet WASP-39 b – Courbes de lumière du transit par NIRSpec

Comprendre la composition de l’atmosphère d’une planètevest important car cela nous indique quelque chose sur l’origine de la planète et comment elle a évolué. « Les molecules de dioxyde de carbone sont des traceurs sensibles dans l’histoire de la formation des planètes », dit Mike Line, membre de l’équipe de l’Université de l’État de l’Arizona, aux USA. « En mesurant cette caractéristique de dioxyde de carbone, nous pouvons déterminer la proportion de matière solide et de matière gazeuse qui ont été nécessaires pour former cette planète géante gazeuse. Dans les 10 ans à venir, Webb fera ces mesures pour une grande variété d’exoplanètes, ce qui nous donnera des informations sur les détails de la formation des planètes et sur l’unique originalité de notre propre système solaire ».

Ces résultats s’appuient également sur les recherches existantes du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA. « Au cours des dernières décennies, le télescope spatial Hubble a créé un précédent concernant les mystères que contiennent ces atmosphères, des nuages ​​diffusant des caractéristiques moléculaires obscurcissantes, aux détections d’absorption de vapeur d’eau et aux atmosphères qui s’échappent”, a déclaré Hannah Wakeford, membre de l’équipe de l’Université de Bristol au Royaume-Uni. “Webb complétera et étendra ces études avec une résolution, une couverture de longueur d’onde et une précision plus élevées pour révéler les principales tendances des données concernant la formation et l’évolution de ces planètes ».

L’observation du prisme NIRSpec de WASP-39 b n’est qu’une partie d’une enquête plus vaste qui comprend des observations de la planète à l’aide d’un certain nombre d’instruments, ainsi que des observations de deux autres planètes en transit. L’enquête, qui fait partie du programme Early Release Science, a été conçue pour fournir à la communauté de recherche sur les exoplanètes des données Webb solides dès que possible.

« Voir ces données pour la première fois c’était comme lire un poème dans son intégralité, alors qu’auparavant nous n’en avions qu’un mot sur trois », ajoute Laura Kreidberg, membre de l’équipe de l’Institut d’Astronomie Max Planck, à Heidelberg en Allemagne. « Ces premiers résultats sont juste le commencement ; les premières données scientifiques publiées ont montré que Webb fonctionne à merveille, et que des exoplanètes plus petites et plus froides (plus comme notre propre Terre) sont bientôt à sa portée ».

« Le but est d’analyser rapidement les premières données scientifiques et les observations publiées, et de développer des outils « open-source » pour que la communauté scientifique puisse s’en servir », explique Vivien Parmentier de l’Université d’Oxford au Royaume-Uni. « Cela permet de recueillir des contributions du monde entier et garantit que la meilleure science possible sortira des prochaines décennies d’observations ».

Impression d’artiste de WASP-39 b et de son étoile

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb inspecte le cœur de la galaxie Fantôme

ESA 2022 08 29

De nouvelles images de la galaxie spectaculaire M74 (ou galaxie Fantôme) qui montrent le pouvoir de travailler ensemble dans plusieurs longueurs d’onde. Dans ce cas précis avec des données du JWST du consortium NASA/ESA/CSA et de Hubble (NASA/ESA), qui se complètent mutuellement pour fournir une vue plus compréhensible de cette galaxie.

La galaxie Fantôme se situe à environ 32 millions d’années-lumière de nous dans la constellation des Poissons et se présente de face vers nous. Ceci, couplé avec ses bras spiraux bien définis, en font une cible favorite auprès des astronomes qui étudient l’origine et la structure des galaxies spirales.

M74 appartient à une classe particulière des galaxies spirales, connue sous le nom de « grand design spiral », ce qui veut dire que ses bras spiraux sont bien définis contrairement à certaines galaxies spirales dotées d’une structure inégale et irrégulière.

M74 brille un maximum dans cette combinaison entre lumière visible et en proche infrarouge grâce à des données de Hubble et du JWST. Cette image est d’une profondeur remarquable. Les couleurs rouges marquent la poussière située dans les bras de la galaxie, les couleurs orange plus claires étant des zones de poussières plus chaudes. Les jeunes étoiles dans les bras et le noyau sont montrées en bleu. De plus massives et plus anciennes étoiles vers le centre de la galaxie sont montrées en cyan et en vert, projetant une lueur effrayante du cœur de la galaxie Fantôme. Des bulles de formation d’étoiles sont également visibles en rose dans les bras. Une telle variété de caractéristiques galactiques sont rares dans une seule image.

En combinant les données de télescopes opérant dans l’étendue du spectre électromagnétique, les scientifiques peuvent avoir une meilleure compréhension des objets astronomiques qu’en utilisant un seul observatoire, fut-il aussi puissant que Webb. C’est ainsi que des données venant de Hubble et de Webb se complètent mutuellement dans ce portrait de M74.

Cette image du James Webb Space Telescope montre le cœur de M74, également connue en tant que galaxie Fantôme. La vision aiguë de Webb a révélé des filaments délicats de gaz et de poussière dans les grandioses bras spiraux qui s’enroulent vers l’extérieur à partir du centre. Un manque de gaz dans la zone nucléaire fournit une vision dégagée de l’amas d’étoiles proche du centre de la galaxie.

Webb a regardé M74 avec son instrument Mid-InfraRed (MIRI) afin d’en savoir plus sur les premières phases de la formation d’étoiles dans l’Univers local. Ces observations font partie d’un effort plus vaste visant à cartographier 19 galaxies proches formant des étoiles dans l’infrarouge dans le cadre de la collaboration internationale PHANGS.

Ces galaxies ont déjà été observées à l’aide du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et d’observatoires au sol. L’ajout d’observations cristallines de Webb à des longueurs d’onde plus longues permettra aux astronomes de localiser les régions de formation d’étoiles dans les galaxies, de mesurer avec précision les masses et les âges des amas d’étoiles et de mieux comprendre la nature des petits grains de poussière dérivant dans l’espace interstellaire. En particulier, la vue de Webb met en évidence les masses de gaz et de poussière dans les bras de la galaxie, et l’amas dense d’étoiles en son cœur.

À gauche, M74 par Hubble en lumière visible.

Au centre une combinaison des données de Hubble et de Webb.

À droite, M74 vue en infrarouge par Webb.

Les observations de M74 par Hubble ont montré des zones particulièrement brillantes de formation d’étoiles appelées régions H II. L’excellente vision de Hubble en ultraviolet et en lumière visible complète la sensibilité sans pareille de Webb dans les longueurs d’onde en infrarouge, ainsi que peuvent également compléter les observations terrestres avec des radiotélescopes comme ceux d’ALMA dans l’Atacama.

Traduction : Olivier Sabbagh

NDT : Une « grand design spiral galaxy » est un type de galaxie spirale avec des bras proéminents et bien définis, par opposition avec des galaxies spirales dotées de plusieurs bras floconneux avec des caractéristiques plus subtiles. Les bras spiraux d’une « galaxie spirale à grand design » s’étendent clairement autour de la galaxie sur de nombreux degrés et peuvent être observés sur une grande partie du rayon de la galaxie. En 2002, approximativement 10 % de toutes les galaxies spirales connues alors étaient classées comme des galaxies de type « grand design », dont notamment M51, M74, M81, M83, and M101.


Webb prend sa première image d’une exoplanète

ESA 2022 09 01

Pour la première fois, les astronomes ont utilisé le James Webb Space Telescope pour prendre des images directes d’une exoplanète. Cette exoplanète est une géante gazeuse, ce qui veut dire qu’elle n’a pas de surface rocheuse et ne peut pas être habitable. L’image ci-dessous, vue au travers de quatre filtres différents, montre comment le puissant regard infrarouge de Webb peut facilement capturer des mondes au-delà de notre système solaire, ouvrant la voie à de futures observations qui révéleront plus d’informations que jamais sur les exoplanètes.

L’exoplanète située dans l’image de Webb, appelée HIP 65426 b, a une masse d’environ 6 à 8 fois celle de Jupiter. Elle est jeune pour une planète, avec un âge de seulement 15 à 20 millions d’années, comparée à notre Terre, vieille de 4,5 milliards d’années. Les astronomes avaient découvert cette planète en 2017 en utilisant l’instrument SPHERE du VLT de l’ESO (l’Observatoire Austral Européen) au Chili, et ils avaient pris des images dans des ondes infrarouges courtes. L’image de Webb, prise en lumière infrarouge moyenne, révèle de nouveaux détails que les télescopes terrestres ne seraient pas capables de détecter à cause de la lueur infrarouge intrinsèque de l’atmosphère terrestre. Les chercheurs ont analysé les données issues de ces observations et préparent une publication qu’ils soumettront aux journaux de façon à être validés par leurs pairs. Mais la première image d’une exoplanète réalisée par Webb laisse déjà présager de futures possibilités d’étude des mondes lointains.

Étant donné que HIP 65426 b est environ 100 fois plus éloignée de son étoile hôte que la Terre ne l’est du Soleil, elle est suffisamment éloignée de l’étoile pour que Webb puisse facilement séparer la planète de l’étoile sur l’image. La caméra en proche infrarouge (NIRCam) et l’instrument infrarouge moyen (MIRI) de Webb sont tous deux équipés de coronographes, qui sont des ensembles de minuscules masques qui bloquent la lumière des étoiles, permettant à Webb de prendre des images directes de certaines exoplanètes comme celle-ci. Prendre des images directes d’exoplanètes est un vrai défi car les étoiles sont beaucoup plus brillantes que les planètes. La planète HIP 65426 b est plus de 10.000 fois plus faible que son étoile hôte dans le proche infrarouge, et quelques milliers de fois plus faible dans le moyen infrarouge. Bien qu’il ne s’agisse pas de la première image directe d’une exoplanète prise depuis l’espace – le télescope spatial Hubble de la NASA et de l’ESA a déjà capturé des images directes d’exoplanètes – HIP 65426 b montre la voie à suivre pour l’exploration d’exoplanètes par Webb.

Dans chaque image filtrée, la planète apparaît comme une goutte de lumière de forme légèrement différente. Cela est dû aux particularités du système optique de Webb et à la façon dont il traduit la lumière à travers les différentes optiques. Le violet montre la vue de l’instrument NIRCam à 3,00 micromètres, le bleu montre la vue de l’instrument NIRCam à 4,44 micromètres, le jaune montre la vue de l’instrument MIRI à 11,4 micromètres et le rouge montre la vue de l’instrument MIRI à 15,5 micromètres. Ces images semblent différentes en raison de la manière dont les différents instruments Webb capturent la lumière. La petite étoile blanche dans chaque image marque l’emplacement de l’étoile hôte HIP 65426, qui a été volontairement soustraite à l’aide des coronographes et du traitement d’image. Les formes de barres dans les images NIRCam sont des artefacts de l’optique du télescope, et non des objets de la scène. Ces observations ont été menées avec une large collaboration internationale par Sasha Hinkley, professeur associé de physique et d’astronomie à l’Université d’Exeter au Royaume-Uni. 

Notes : NIRSpec a été construit pour l’ESA par un consortium de sociétés européennes dirigé par Airbus Défense et espace avec le Goddard Space Flight Center de la NASA fournissant ses sous-systèmes de détection et de micro-obturateur. L’ESA a également fourni 50 % de MIRI, qui a été conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (The MIRI European Consortium) en partenariat avec JPL et l’Université d’Arizona. Cette image met en évidence la science en cours de Webb, qui n’a pas encore été soumise au processus d’examen par les pairs.

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb et la Tarentule

ESA 2022 09 06

Des milliers de jeunes étoiles jamais vues précédemment sont visibles dans une nurserie stellaire appelée 30 Doradus, dont l’image a été capturée par le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA. Surnommée la nébuleuse de la Tarentule en raison de l’apparence de ses filaments poussiéreux dans les anciennes images télescopiques, la nébuleuse est depuis longtemps l’une des cibles favorites pour les astronomes qui étudient la formation des étoiles. En plus de ces jeunes étoiles, Webb nous révèle des galaxies distantes dans l’arrière-plan, de même que la structure détaillée et la composition du gaz et de la poussière de cette nébuleuse.

À seulement 161.000 années-lumière de nous, dans le Grand Nuage de Magellan, la nébuleuse de la Tarentule est la plus grande et la plus lumineuse des régions de formation d’étoiles de tout le Groupe Local, celui des galaxies proches de notre Voie Lactée. C’est la région la plus chaude qui abrite les étoiles connues les plus massives. Les astronomes ont pointé trois des instruments haute-résolution en infrarouge de Webb sur la Tarentule.

Vue avec la caméra en proche infrarouge de Webb (Near-Infrared Camera, NIRCam), la région (image ci- dessous) ressemble à la maison d’une tarentule fouisseuse, tapissée de sa soie. La cavité de la nébuleuse, centrée sur l’image de la NIRCam, l’image a été creusée par le rayonnement cloquant d’un amas de jeunes étoiles massives, qui scintillent en bleu pâle sur l’image. Seules les zones environnantes les plus denses résistent à l’érosion provoquée par les vents puissants de ces étoiles, formant des piliers qui semblent pointer en arrière, vers l’amas. Ces piliers contiennent des protoétoiles en formation, qui émergeront finalement de leurs cocons poussiéreux pour, à leur tour, façonner la nébuleuse.

L’instrument Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) a juste image une très jeune étoile en train de faire cela. Les astronomes pensaient auparavant que cette étoile pouvait être un peu plus vieille et déjà engagée dans le processus de créer une bulle autour d’elle-même. Toutefois, NIRSpec montre que cette étoile commençait juste à émerger de son pilier et maintenait encore un nuage isolant de poussière autour d’elle. Sans le spectre à haute-résolution de Webb dans les longueurs d’onde en infrarouge, cet épisode de formation d’étoile en action n’aurait pas pu être révélé.

La région peut revêtir différentes apparences (image ci-dessus) quand on la regarde dans des longueurs d’onde infrarouges plus importantes, détectées par l’instrument Mid-infrared Instrument (MIRI). Les étoiles chaudes s’estompent, et le gaz plus froid ainsi que la poussière brillent. Dans les nuages de la nurserie stellaire, des points de lumière indiquent des protoétoiles incrustées, prenant encore de la masse. Alors que des longueurs d’onde plus courtes sont absorbées ou éparpillées par des grains de poussière dans la nébuleuse, et n’auraient donc jamais été détectées par Webb, des longueurs d’infrarouge plus longues pénètrent cette poussière, révélant finalement un environnement cosmique jusque-là inconnu.

L’une des raisons pour lesquelles la nébuleuse de la Tarentule intéresse les astronomes est qu’elle a un même type de composition chimique que les gigantesques régions de formation d’étoiles observées au « midi cosmique » de l’Univers, alors que le Cosmos n’avait que quelques milliards d’années et que la formation d’étoiles était à son apogée. Les régions de formation d’étoiles dans notre galaxie, la Voie Lactée, ne produisent pas d’étoiles au rythme frénétique de celui de la Tarentule et elles ont une composition chimique différente. Cela fait de la Tarentule le plus proche (et donc le plus facile à voir en détail) exemple de ce qui se passait dans l’Univers quand il en était au stade de son « midi cosmique ».

Webb donnera aux astronomes l’opportunité de comparer, par contraste, les observations de la formation d’étoiles dans la nébuleuse de la Tarentule avec les observations télescopiques lointaines de galaxies distantes qui en sont à l’époque actuelle de leur « midi cosmique ».

En dépit des milliers d’années d’observation des étoiles, le processus de formation des étoiles conserve de nombreux mystères, beaucoup d’entre eux étant dus à notre incapacité passée à obtenir des images nettes de ce qui se passait derrière les nuages épais des nurseries stellaires. Webb a déjà commencé à nous révéler un Univers jamais observé précédemment, dont on commence juste à réécrire l’histoire de la création d’étoiles.

Le spectrographe de Webb en proche infrarouge (Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec) révèle ce qui se passe réellement dans une région étrange de la nébuleuse de la Tarentule. Les astronomes ont pointé leur puissant instrument sur ce qui ressemblait à une petite caractéristique en forme de bulle dans l’image de la Near-Infrared Camera (NIRCam) de Webb. Toutefois, le spectre révèle une image très différente d’une jeune étoile gonflant une bulle dans son gaz environnant.

La signature de l’hydrogène atomique, montrée en bleu, apparaît dans l’étoile elle-même mais ne l’entoure pas immédiatement. Au lieu de cela, il apparaît à l’extérieur de la “bulle”, dont les spectres montrent qu’il est en fait “rempli” d’hydrogène moléculaire (vert) et d’hydrocarbures complexes (rouge). Cela indique que la bulle est en fait le sommet d’un pilier dense de poussière et de gaz qui est soufflé par le rayonnement de l’amas de jeunes étoiles massives en bas à droite (voir l’image NIRCam complète). Il n’apparaît pas comme un pilier comme certaines autres structures de la nébuleuse car il n’y a pas beaucoup de contraste de couleur avec la zone qui l’entoure. Le vent stellaire violent des jeunes étoiles massives de la nébuleuse brise les molécules à l’extérieur du pilier, mais à l’intérieur, elles sont préservées, formant un cocon moelleux pour l’étoile. Cette étoile est encore trop jeune pour nettoyer son environnement en soufflant des bulles – NIRspec l’a capturée commençant tout juste à émerger du nuage protecteur à partir duquel elle s’est formée. Sans la résolution de Webb aux longueurs d’onde infrarouges, la découverte de cette naissance d’étoile en action n’aurait pas été possible.

L’instrument NIRSpec a été construit pour l’Agence Européenne de l’Espace (ESA) par un consortium de sociétés européennes dirigées par Airbus Défense et Espace (ADS) avec le Goddard Space Flight Center de la NASA qui fournissait son détecteur et les sous-systèmes de micro-obturateurs.

Traduction : Olivier Sabbagh


Mars se montre dans les premières observations de la planète rouge par Webb

ESA 2022 09 19

Le James Webb Space Telescope a capturé ses premières images et spectres de Mars le 5 septembre 2022. Ce télescope, une collaboration internationale entre la NASA, l’ESA et le CSA, fournit une perspective unique avec sa sensibilité en infrarouge pointée sur notre planète voisine, de compléter les données déjà récupérées par les orbiteurs, les rovers et les autres télescopes.

Les premières images de Mars prises par Webb, capturées par la NIRCam, montrent une région de l’hémisphère est de la planète avec deux différentes longueurs d’onde et de couleurs d’infrarouge. Cette image montre une carte de référence de la surface faite par la NASA et l’altimètre laser de Mars Orbiter à gauche, avec les deux champs de vision du NIRCam de Webb en superposition. Les images en proche infrarouge de Webb sont à droite.

 L’image NIRCam à la longueur d’onde la plus courte (2,1 microns) [en haut à droite] est dominée par la lumière solaire réfléchie et révèle ainsi des détails de surface similaires à ceux apparents dans les images en lumière visible [à gauche]. Les anneaux du cratère Huygens, la roche volcanique sombre de Syrtis Major et l’éclaircissement du bassin Hellas sont tous apparents sur cette image. 

L’image NIRCam à la longueur d’onde la plus longue (4,3 microns) [en bas à droite] montre l’émission thermique – la lumière émise par la planète lorsqu’elle perd de la chaleur. La luminosité de la lumière de 4,3 microns est liée à la température de la surface et de l’atmosphère. La région la plus brillante de la planète est celle où le Soleil est presque au-dessus de nos têtes, car elle est généralement la plus chaude. La luminosité diminue vers les régions polaires, qui reçoivent moins de lumière solaire, et peu de lumière est émise par l’hémisphère nord, plus frais, qui connaît l’hiver à cette période de l’année. 

Cependant, la température n’est pas le seul facteur affectant la quantité de lumière de 4,3 microns qui atteint Webb avec ce filtre. Lorsque la lumière émise par la planète traverse l’atmosphère de Mars, une partie est absorbée par les molécules de dioxyde de carbone (CO2). Le bassin Hellas, qui est la plus grande structure d’impact bien conservée sur Mars, s’étendant sur plus de 2.000 kilomètres, apparaît plus sombre que l’environnement à cause de cet effet. À l’avenir, Webb utilisera ces données d’imagerie et spectroscopiques pour explorer les différences régionales sur la planète et rechercher des traces dans l’atmosphère, y compris de méthane et de chlorure d’hydrogène.

Le poste d’observation unique de Webb à près de 1,5 million de kilomètres, au point de Lagrange Soleil-Terre 2 (L2), offre une vue du disque observable de Mars (la partie du côté éclairé qui fait face au télescope). En conséquence, Webb peut capturer des images et des spectres avec la résolution spectrale nécessaire pour étudier des phénomènes à court terme tels que les tempêtes de poussière, les conditions météorologiques, les changements saisonniers et, en une seule observation, les processus qui se produisent à différents moments (jour, coucher du soleil et nocturne) d’une journée martienne.

Parce qu’elle est si proche, la planète rouge est l’un des objets les plus brillants du ciel nocturne en termes de lumière visible (que les yeux humains peuvent voir) et de lumière infrarouge que Webb est conçu pour détecter. Cela pose des défis particuliers à l’observatoire, qui a été construit pour détecter la lumière extrêmement faible des galaxies les plus éloignées de l’univers. Les instruments de Webb sont si sensibles que sans techniques d’observation spéciales, la lumière infrarouge brillante de Mars est aveuglante, provoquant un phénomène connu sous le nom de « saturation du détecteur ». Les astronomes se sont ajustés à l’extrême luminosité de Mars en utilisant des expositions très courtes, en ne mesurant qu’une partie de la lumière qui a frappé les détecteurs et en appliquant des techniques spéciales d’analyse des données.

Il s’agit du premier spectre en proche infrarouge de Webb sur Mars, démontrant le pouvoir de Webb d’étudier la planète rouge via la spectroscopie. 

Alors que les images de Mars montrent des différences de luminosité intégrées sur un grand nombre de longueurs d’onde d’un endroit à l’autre de la planète à un jour et à une heure particuliers, le spectre montre les variations subtiles de luminosité entre des centaines de longueurs d’onde différentes représentatives de la planète dans son ensemble. Les astronomes analyseront les caractéristiques du spectre pour recueillir des informations supplémentaires sur la surface et l’atmosphère de la planète.

Ce spectre en proche infrarouge de Mars a été capturé par le spectrographe NIRSpec le 5 septembre 2022, sur 3 réseaux de fentes (G140H, G235H, G395H). Le spectre est dominé par la lumière solaire réfléchie à des longueurs d’onde inférieures à 3 microns et l’émission thermique à des longueurs d’onde plus longues. Une analyse préliminaire révèle que les creux spectraux apparaissent à des longueurs d’onde spécifiques où la lumière est absorbée par les molécules de l’atmosphère de Mars, en particulier le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et l’eau. D’autres détails révèlent des informations sur la poussière, les nuages ​​et les caractéristiques de surface. En construisant un modèle le mieux adapté du spectre, en utilisant, par exemple, le générateur de spectre planétaire, des abondances de molécules données dans l’atmosphère peuvent être dérivées.

Ces observations de Mars ont été menées dans le cadre du programme du système solaire d’observation en temps garanti (GTO) du cycle 1 de Webb dirigé par Heidi Hammel de l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA).

L’ESA exploite deux orbiteurs de Mars, Mars Express et l’ExoMars Trace Gas Orbiter, qui ont apporté un trésor d’informations sur l’atmosphère et la surface de la planète rouge. En outre, l’ESA collabore avec l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale (JAXA) sur la mission Martian Moons eXploration (MMX), qui sera bientôt lancée sur la lune martienne Phobos. Remarque : Ce message met en évidence des images de la science Webb en cours, qui n’ont pas encore été soumises au processus d’examen par les pairs.

 

Traduction : Olivier Sabbagh


De nouvelles images de Webb capturent la plus belle
vue des anneaux de Neptune depuis des décades

ESA 2022 09 21

Le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA montre ses capacités près de notre maison avec cette première image de Neptune. Non seulement Webb a capture la vue la plus claire des anneaux de cette planète particulière depuis plus de 30 ans, mais ses caméras révèlent aussi cette géante glacée dans une lumière complètement différente.

Ce qui est le plus frappant dans cette nouvelle image de Webb est la vue nette et précise des anneaux dynamiques de la planète, dont certains n’avaient pas du tout été vus, seuls avec cette précision depuis le survol de Neptune en 1989 par la sonde Voyager 2. En plus de plusieurs anneaux brillants et fins, les images de Webb montrent clairement des bandes de poussières plus pâles sur Neptune. La qualité d’image extrêmement stable et précise de Webb permet également de détecter ces anneaux très faibles si près de Neptune.

Neptune a fasciné et rendus perplexes les chercheurs depuis sa découverte en 1846. Située 30 fois plus loin du Soleil que la Terre, Neptune est en orbite dans l’une des zones les plus sombres de notre système solaire. À cette distance extrême, le Soleil est si petit et éclaire si peu qu’être en plein midi sur Neptune est comparable à un faible crépuscule sur la Terre.

Dans cette version de cette image de Neptune réalisée avec la caméra en proche infrarouge (NIRCam) de Webb, les lunes visibles de la planète sont légendées. Neptune a 14 satellites connus, et sept d’entre eux sont visibles sur cette image. Triton, le point lumineux et brillant situé en hut à gauche est beaucoup plus visible que Neptune car l’atmosphère de la planète est assombrie par l’absorption des longueurs d’onde du méthane capturées par Webb. Triton reflète une moyenne de 70% de la lumière du Soleil qu’il reçoit. On pense que Triton, qui tourne autour de Neptune avec une orbite rétrograde, se trouvait dans la ceinture de Kuiper et a été gravitationnellement capturé par Neptune. 

Cette planète est caractérisée comme une géante glacée en raison de la composition chimique de son intérieur. Comparée aux géantes gazeuses Jupiter et Saturne, Neptune est beaucoup plus riche en éléments lourds qu’en hydrogène et en hélium. Ceci est évident dans l’apparence bleue caractéristique de Neptune dans les images du télescope spatial Hubble dans les longueurs d’onde de la lumière visible, couleur provoquée par de petites quantités de méthane gazeux.

La caméra de Webb en proche infrarouge (NIRCam) capture les objets dans une plage d’infrarouge allant de 0,6 à 5 microns, donc Neptune n’apparaît pas bleue pour Webb. En fait, le gaz de méthane est si absorbant que la planète est très sombre dans les longueurs d’onde de Webb, sauf avec la présence de nuages de haute altitude. Ces nuages ​​de méthane et de glace sont proéminents sous forme de stries et de taches lumineuses, qui réfléchissent la lumière du Soleil avant qu’elle ne soit absorbée par le méthane gazeux. Des images d’autres observatoires ont enregistré ces caractéristiques nuageuses en évolution rapide au fil des ans.

Dans cette image de la caméra en proche infrarouge de Webb (NIRCam), une poignée d’une centaine de galaxies d’arrière-plan, de tailles et de formes variables, apparaissent aux côtés du système de Neptune. Neptune, comparée à la Terre, est une grosse planète. Si la Terre avait la taille d’une pièce de monnaie, Neptune serait aussi grosse qu’un ballon. Dans la plupart des portraits, les planètes extérieures de notre système solaire reflètent cette taille d’un autre monde. Cependant, Neptune apparaît relativement petite quand on la replace dans un large champ du vaste Univers. Vers le bas à gauche de cette image, on voit nettement une galaxie spirale barrée. Les scientifiques disent que cette galaxie particulière, auparavant inexplorée en détail, se trouve à environ 1.200 millions d’années-lumière. Ces types de galaxies sont généralement dominées par de jeunes étoiles qui apparaissent bleuâtres dans ces longueurs d’onde.

Plus subtilement, une fine ligne de luminosité entourant l’équateur de la planète pourrait être une signature visuelle de la circulation atmosphérique qui alimente les vents et les tempêtes de Neptune. L’atmosphère descend et se réchauffe à l’équateur, et brille donc davantage aux longueurs d’onde infrarouges que les gaz environnants plus froids.

L’orbite de 164 ans de Neptune signifie que son pôle nord, en haut de cette image, est juste hors de vue pour les astronomes, mais les images Webb suggèrent une luminosité intrigante dans cette zone. Un vortex précédemment connu au pôle sud est évident aux yeux de Webb, mais pour la première fois, Webb a révélé une bande continue de nuages ​​qui l’entoure.

Des études Webb supplémentaires sur Triton et Neptune sont prévues dans l’année à venir.

 

         

Traduction : Olivier Sabbagh


L’instrument glacé de Webb révèle des structures complexes

2022 09 27 – ESA

Ces images spectaculaires montrent la galaxie spirale IC 5332, prises par le télescope spatial Hubble de la NASA et l’ESA (image ci-dessus) et le télescope spatial JWST du consortium NASA/ESA/CSA (image ci-dessous). Ces images montrent les puissantes capacités que ces deux télescopes spatiaux de renommées mondiales peuvent nous fournir quand ils combinent leurs données.

L’image de Webb montre la galaxie spirale avec des détails sans précédent grâce à l’instrument MIRI en infrarouge moyen. IC 5332 se situe au-delà de 29 millions d’années-lumière de la Terre, et son diamètre est à peu près de 66.000 années-lumière. Cette galaxie est également connue pour être vue parfaitement de face (depuis la Terre) et que cela nous permet d’admirer le balayage symétrique de ses bras spiraux.

MIRI est le seul instrument de Webb qui soit sensible à la région de l’infrarouge moyen du spectre électromagnétique (spécifiquement dans la plage des longueurs d’onde de 5 µm à 28 µm). Les autres instruments de Webb opèrent tous en proche infrarouge. Conçu sous la direction de l’ESA et de la NASA, MIRI est le premier instrument qui produit des images dans l’infrarouge moyen qui sont suffisamment nettes pour être facilement comparées aux images de Hubble dans les longueurs d’onde plus courtes.

L’une des plus remarquables caractéristiques de MIRI est qu’il opère à 33° C au-dessous du reste de l’observatoire, soit à -266° C. Cela fait que MIRI peut travailler dans un environnement qui n’est que 7 degrés au-dessus du zero absolu, laquelle est la température la plus basse possible selon les lois de la thermodynamique. MIRI a besoin de cet environnement glacé pour que ses détecteurs hautement spécialisés puissent fonctionner correctement, et il est doté d’un système de refroidissement qui lui est propre pour s’assurer que les détecteurs soient maintenus à la bonne température.

Il convient de noter à quel point il est difficile d’obtenir des observations dans la région du moyen-infrarouge du spectre électromagnétique. L’infrarouge moyen est incroyablement difficile à observer depuis la Terre car une grande partie est absorbée par l’atmosphère terrestre, et la chaleur de l’atmosphère terrestre complique encore les choses. Hubble n’a pas pu observer la région de l’infrarouge moyen car ses miroirs n’étaient pas assez froids, ce qui signifie que le rayonnement infrarouge des miroirs eux-mêmes aurait dominé toute tentative d’observation. L’effort supplémentaire déployé pour s’assurer que les détecteurs de MIRI avaient l’environnement de froid nécessaire pour fonctionner correctement est évident dans cette image étonnante.

Cette image extravagante dans l’infrarouge moyen est juxtaposée ici à une magnifique image en lumière ultraviolette et également visible de la même galaxie, créée à l’aide des données recueillies par la caméra à champ large 3 (WFC3) de Hubble. Certaines différences sautent immédiatement aux yeux. L’image Hubble montre des régions sombres qui semblent séparer les bras en spirale, tandis que l’image Webb montre davantage un enchevêtrement continu de structures qui font écho à la forme des bras en spirale. Cette différence est due à la présence de régions poussiéreuses dans la galaxie. La lumière ultraviolette et visible est beaucoup plus susceptible d’être diffusée par la poussière interstellaire que la lumière infrarouge. Par conséquent, les régions poussiéreuses peuvent être facilement identifiées dans l’image de Hubble comme les régions les plus sombres qu’une grande partie de la lumière ultraviolette et visible de la galaxie n’a pas pu traverser. Cependant, ces mêmes régions poussiéreuses ne sont plus sombres dans l’image Webb, car la lumière infrarouge moyenne de la galaxie a pu les traverser. Différentes étoiles sont visibles sur les deux images, ce qui peut s’expliquer par le fait que certaines étoiles brillent plus fort respectivement dans les régions dotées de lumière ultraviolette, visible et infrarouge. Les images se complètent de manière remarquable, chacune nous en apprenant plus sur la structure et la composition d’IC ​​5332.

MIRI a été fourni par l’ESA et la NASA, l’instrument étant conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (le Consortium européen MIRI), en partenariat avec le JPL et l’Université de l’Arizona.

 

NDT : Au second paragraphe, ce texte de l’ESA dit que le diamètre de cette galaxie, (66.000 AL) serait un peu plus gros que celui de notre Voie Lactée !!
Le monde entier admet que notre galaxie a un diamètre d’environ 100.000 années-lumière, soit largement plus grand que celui de IC 5332.
Deux possibilités peuvent expliquer cette erreur : soit les 66.000 AL de IC 5332 sont un chiffre faux, soit il ne serait pas celui du diamètre de IC 5332 mais celui de son rayon, ce qui le rendrait donc ainsi plus grand que celui de la Voie Lactée, qui est de 50.000 AL].

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb trouve un duo d’étoiles qui forme des empreintes digitales dans l’espace

2022 10 12 – ESA

Une nouvelle image du James Webb Space Telescope (NASA/ESA/CSA) révèle une vision cosmique remarquable : au moins 17 anneaux concentriques de poussière émanant d’un couple d’étoiles. Situé juste un peu plus loin que 5.000 années-lumière de la Terre, le duo est connu collectivement comme « Wolf-Rayet 140 ». Chaque anneau a été créé quand les deux étoiles se sont rapprochées et que leurs vents stellaires (des courants de gaz qu’ils soufflent dans l’espace) se rencontrent, comprimant le gaz et formant de la poussière. Les orbites de ces 2 étoiles les rapprochent ainsi une fois tous les 8 ans. Comme les cercles d’un tronc d’arbre, les boucles de poussière marquent leur passage dans le temps.

En plus de la sensibilité générale de Webb, son instrument en infrarouge moyen (MIRI) est particulièrement qualifié pour étudier ces anneaux de poussière. Ces anneaux sont aussi appelés coquilles par les astronomes car ils sont plus épais et plus larges que la manière dont ils apparaissent sur l’image.  Les instruments scientifiques de Webb détectent la lumière infrarouge, une gamme de longueurs d’ondes invisible pour les yeux humains.

Réalisé sous le leadership conjoint de l’ESA et de la NASA, l’instrument MIRI détecte les plus longues longueurs d’onde de l’infrarouge. Cela veut dire qu’il peut souvent voir des objets plus froids, dont les anneaux de poussière, que ce que peuvent voir ses autres instruments. Le spectromètre de MIRI a également révélé la composition de la poussière, formée essentiellement par de la matière éjectée par un type d’étoile connu comme étant des étoiles Wolf-Rayet. Une étoile Wolf-Rayet nait avec au moins 25 fois plus de masse que notre Soleil et qui, vers la fin de sa vie, explosera probablement en supernova pour s’effondrer ensuite sous forme d’un trou noir stellaire. Brûlant plus que dans sa jeunesse, une étoile Wolf-Rayet génère des vents puissants qui poussent d’énormes quantités de gaz dans l’espace. L’étoile Wolf-Rayet de cette paire particulière peut avoir perdu plus de la moitié de sa masse d’origine via ce processus.

Transformer le gaz en poussière est un peu comme transformer la farine en pain. Cela nécessite des conditions et des ingrédients spécifiques. L’hydrogène, l’élément le plus commun trouvé dans les étoiles, ne peut pas former de la poussière par lui-même. Mais, parce que Les étoiles Wolf-Rayet perdent tellement de masse qu’elles éjectent également des éléments plus complexes que l’on trouve généralement au plus profond de l’intérieur d’une étoile, y compris du carbone. Les éléments lourds du vent se refroidissent lorsqu’ils voyagent dans l’espace et sont ensuite comprimés là où les vents des deux étoiles se rencontrent, comme lorsque deux mains pétrissent la pâte.

D’autres systèmes Wolf-Rayet forment de la poussière, mais aucun n’est connu pour faire des anneaux comme Wolf-Rayet 140 le fait. Le motif annulaire unique se forme parce que l’orbite de l’étoile Wolf-Rayet dans WR 140 est allongée et non circulaire. Ce n’est que lorsque les étoiles se rapprochent, à peu près à la même distance entre la Terre et le Soleil, et que leurs vents entrent en collision, que le gaz est sous une pression suffisante pour former de la poussière. Avec des orbites circulaires, les binaires Wolf-Rayet peuvent produire de la poussière en continu.

L’équipe scientifique pense que les vents de WR 140 ont également balayé la zone environnante des matières résiduelles avec lesquelles ils pourraient autrement entrer en collision, ce qui explique peut-être pourquoi les anneaux restent si intacts plutôt que tachés ou dispersés. Il y a probablement encore plus d’anneaux qui sont devenus si faibles et dispersés que même Webb ne peut pas les voir dans les données.

Les étoiles Wolf-Rayet peuvent paraître exotiques, comparées à notre Soleil, mais elles peuvent avoir joué un rôle dans la formation des étoiles et des planètes. Quand une étoile Wolf-Rayet nettoie une zone, le matériau balayé peut s’accumuler à la périphérie et devenir suffisamment dense pour que de nouvelles étoiles se forment. Il existe des preuves que le Soleil s’est formé dans un tel scénario.

En utilisant les données en mode spectroscopique à résolution moyenne de MIRI, la nouvelle étude nous fournit la meilleure preuve jusqu’alors que les étoiles Wolf-Rayet produisent des molécules de poussière riches en carbone. De plus, la préservation des coquilles de poussière indique que cette poussière peut survivre dans l’environnement hostile qui existe entre les étoiles, continuant à fournir de la matière pour les étoiles et les planètes futures. Le hic, c’est que si les astronomes estiment qu’il devrait y avoir au moins quelques milliers d’étoiles Wolf-Rayet dans notre galaxie, seulement 600 environ ont été trouvées à ce jour. Ces résultats sont publiés aujourd’hui dans Nature Astronomy.

L’instrument MIRI a été requis par l’ESA et la NASA, la conception de l’instrument et sa réalisation ont été réalisés par un consortium d’instituts européens en partenariat avec le JPL et l’Université d’Arizona.

[Description de l’image : L’arrière-plan de cette image de Wolf-Rayet 140 par Webb est noir. Une paire d’étoiles brillantes domine le centre de l’image, avec au moins 17 anneaux de poussière de couleur rose-orange qui en émanent. Tout au long de la scène se trouvent une variété de galaxies lointaines, dont la majorité sont minuscules et rouges, apparaissant sous forme de taches.]

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb prend un portrait rempli d’étoiles des Piliers de la Création

ESA 2022 10 19

Entrez dans le ciel en direction du centre de notre galaxie, la Voie Lactée. Décalez-vous un peu vers la constellation du Serpent, de la queue du Serpent pour être précis. Dirigez-vous alors vers la nébuleuse de l’Aigle, au cœur de l’amas ouvert M16. En avançant encore, nous nous dirigeons vers les « Piliers de la Création », qui viennent juste d’être photographiés par le télescope spatial James Webb. Voyagez avec nous et admirez… 

Le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA a capturé un paysage luxuriant et très détaillé – les emblématiques piliers de la création – où de nouvelles étoiles se forment dans des nuages ​​​​denses de gaz et de poussière. Les piliers tridimensionnels ressemblent à des formations rocheuses majestueuses, mais sont beaucoup plus perméables. Ces colonnes sont constituées de gaz et de poussières interstellaires froids qui apparaissent (parfois) semi-transparents dans le proche infrarouge. Les proto-étoiles nouvellement formées sont les voleurs de scène dans cette image de la caméra proche infrarouge (NIRCam). Ce sont les orbes rouge vif qui ont généralement des pics de diffraction et se trouvent à l’extérieur de l’un des piliers poussiéreux. Lorsque des nœuds avec une masse suffisante se forment dans les piliers de gaz et de poussière, ils commencent à s’effondrer sous leur propre gravité, se réchauffent lentement et finissent par former de nouvelles étoiles.

Description de la photo précédente : cette image verticale présente des couches de gaz et de poussière semi-opaques de couleur rouge rouille qui commencent en bas à gauche et se dirigent vers le haut à droite. Il y a trois piliers proéminents s’élevant vers le haut à droite. Le pilier de gauche est le plus grand et le plus large. Les sommets des deuxième et troisième piliers sont mis en valeur dans des tons de brun plus foncés et ont des contours rouges. Les piliers de la création sont mis en valeur dans un kaléidoscope de couleurs dans la vue en lumière proche infrarouge du télescope spatial James Webb. Les piliers ressemblent à des arcs et des flèches émergeant d’un paysage désertique, mais sont remplis de gaz et de poussière semi-transparents et en constante évolution. C’est une région où de jeunes étoiles se forment – ​​ou sortent à peine de leurs cocons poussiéreux alors qu’elles continuent de se former. Les protoétoiles sont les voleurs de scène dans cette image de la caméra proche infrarouge (NIRCam). Ce sont les orbes rouge vif qui apparaissent parfois avec huit pointes de diffraction. Lorsque des nœuds avec une masse suffisante se forment dans les piliers, ils commencent à s’effondrer sous leur propre gravité, se réchauffent lentement et finissent par briller de mille feux.

Le long des bords des piliers se trouvent des lignes ondulées qui ressemblent à de la lave. Ce sont des éjections d’étoiles encore en formation. Les jeunes étoiles émettent périodiquement des jets qui peuvent interagir dans les nuages ​​de matière, comme ces épais piliers de gaz et de poussière. Cela entraîne parfois également des ondes de choc, qui peuvent former des motifs ondulés comme le fait un bateau lorsqu’il se déplace dans l’eau. On estime que ces jeunes étoiles n’ont que quelques centaines de milliers d’années et continueront à se former pendant des millions d’années. Bien qu’il puisse sembler que la lumière proche infrarouge ait permis à Webb de “percer” l’arrière-plan pour révéler de grandes distances cosmiques au-delà des piliers, le milieu interstellaire fait obstacle, comme un rideau tiré.

C’est aussi la raison pour laquelle il n’y a pas de galaxies lointaines dans cette image. Cette couche de gaz translucide bloque notre vision de l’univers plus profond. De plus, la poussière est éclairée par la lumière collective de la “fête” bondée d’étoiles qui se sont libérées des piliers. C’est comme se tenir dans une pièce bien éclairée regardant par une fenêtre – la lumière intérieure se reflète sur la vitre, obscurcissant la scène à l’extérieur et, à son tour, illumine l’activité de la fête à l’intérieur. La nouvelle vision de Webb sur les piliers de la création aidera les chercheurs à réorganiser les modèles de formation d’étoiles. En identifiant des populations d’étoiles beaucoup plus précises, ainsi que les quantités de gaz et de poussière dans la région, ils commenceront à mieux comprendre comment les étoiles se forment et éclatent en sortant de ces nuages ​​sur des millions d’années. Les piliers de la création sont dans une petite région de la vaste nébuleuse de l’Aigle, située à 6.500 années-lumière. Ceci est une image recadrée.

Cette scène a été photographiée pour la première fois par le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA en 1995, puis à nouveau en 2014, mais de nombreux autres observatoires de classe mondiale ont également scruté profondément cette région, comme le télescope Herschel de l’ESA. Chaque instrument avancé offre aux chercheurs de nouveaux détails individuels et alléchants sur cette région qui regorge d’étoiles. La nouvelle vue de Webb sur les piliers de la création aidera les chercheurs à réorganiser leurs modèles de formation d’étoiles en identifiant des populations d’étoiles beaucoup plus précises, ainsi que les quantités de gaz et de poussière dans la région. Au fil du temps, ils commenceront à mieux comprendre comment les étoiles se forment et éclatent de ces nuages ​​poussiéreux pendant des millions d’années.

Les piliers de la création par Hubble en 2014

Les piliers de la création par Webb en 2022

Le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA a rendu les piliers de la création célèbres avec sa première image en 1995, mais a revisité la scène en 2014 pour révéler une vue plus nette et plus large en lumière visible, illustrée ci-dessus à gauche. Mais une nouvelle vue en lumière proche infrarouge du télescope spatial James Webb, ci-dessus, nous aide à voir à travers une plus grande partie de la poussière dans cette région de formation d’étoiles. Les piliers bruns épais et poussiéreux ne sont plus aussi opaques et de nombreuses autres étoiles rouges qui se forment encore apparaissent. Alors que les piliers de gaz et de poussière semblent plus sombres et moins pénétrables aux yeux de Hubble, ils apparaissent plus diaphanes chez Webb. L’arrière-plan de l’image de Hubble ressemble à un lever de soleil, commençant par les jaunes en bas, avant de passer au vert clair et aux bleus plus profonds en haut. Ces couleurs mettent en évidence l’épaisseur de la poussière tout autour des piliers, qui obscurcit beaucoup plus d’étoiles dans l’ensemble de la région.

En revanche, la lumière de fond dans l’image de Webb apparaît dans des teintes bleues, ce qui met en évidence les atomes d’hydrogène et révèle une abondance d’étoiles réparties sur la scène. En pénétrant les piliers poussiéreux, Webb nous permet également d’identifier les étoiles qui ont récemment éclaté, ou qui sont sur le point d’éclater. La lumière proche infrarouge peut pénétrer d’épais nuages ​​de poussière, nous permettant d’en apprendre beaucoup plus sur cette scène incroyable. Les deux vues nous montrent ce qui se passe localement. Bien que Hubble mette en évidence de nombreuses couches de poussière plus épaisses et que Webb montre davantage d’étoiles, aucun des deux ne nous montre l’univers plus profond. La poussière bloque la vue dans l’image de Hubble, mais le milieu interstellaire joue un rôle majeur dans celle de Webb. Il agit comme une épaisse fumée ou un brouillard, nous empêchant de scruter l’univers plus profond, où d’innombrables galaxies existent.

Description des deux images ci-dessus des Piliers de la Création, une région de formation d’étoiles dans l’espace, Sur la première image, celle de Hubble, la vue de la lumière visible montre des piliers plus sombres qui s’élèvent depuis le bas, finissant en trois points. L’image de Webb en proche infrarouge montre les mêmes piliers, mais ils sont semi-opaques et colorés comme de la rouille rougeâtre.

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb découvre un nœud cosmique dense dans l’Univers primordial

ESA 2022 10 20

Les astronomes qui regardent dans l’Univers primordial ont fait une découverte surprenante en se servant du télescope spatial James Webb du consortium NASA/ESA/CSA. Les capacités spectroscopiques de Webb, combinées avec sa sensibilité dans l’infrarouge, ont découvert un amas de galaxies massives encours de formation autour d’un quasar extrêmement rouge. Le résultat va élargir notre compréhension de la manière dont les galaxies dans l’univers primordial se sont agglomérées en une toile cosmique que nous voyons aujourd’hui.

Description de l’image : Ce visuel montre trois images. À gauche c’est un large champ de nombreuses galaxies. Au centre c’est une image composée d’un ensemble de quatre images en bandes étroites, de ce qui ressemble à une tache de couleurs de type arc-en-ciel. À droite, se trouvent les quatre images du quasar séparées en rouge, orange, cyan foncé et bleu.

Le quasar SDSS J165202.64+172852.3 est mis en évidence dans une image du télescope spatial Hubble (NASA/ESA) en lumière visible et proche infrarouge à gauche. Les images au centre et à droite présentent de nouvelles observations du télescope spatial James Webb dans plusieurs longueurs d’onde pour démontrer la distribution du gaz autour de l’objet.

Ce quasar est un quasar « extrêmement rouge » qui a existé au tout début de l’Univers, il y a 11,5 milliards d’années. L’image au centre est composée de quatre images à bande étroite réalisées à partir du mode de spectroscopie à champ intégral de l’instrument Webb NIRSpec. Les quatre images à bande étroite montrent des émissions extrêmement décalées vers le rouge provenant de l’oxygène doublement ionisé qui a une raie d’émission autour de 500 nm en lumière visible, avant qu’il ne passe en lumière infrarouge.

Les panneaux de droite présentent séparément les quatre images à bande étroite. Chaque couleur illustre la vitesse relative de l’oxygène gazeux ionisé à travers le cluster. Plus la couleur est rouge, plus le gaz s’éloigne rapidement de notre ligne de visée avec le quasar, tandis que plus la couleur est bleue, plus il s’éloigne rapidement du quasar vers nous. La couleur verte indique que le gaz est stable dans notre ligne de visée par rapport au quasar. Les panneaux bleu et jaune révèlent l’écoulement biconique du quasar, le panneau orange montrant le gaz s’éloignant plus rapidement de nous, qui s’étend vers le bas à droite, ainsi que la mise en évidence d’une galaxie compagnon en haut à gauche du cadre.

Le quasar en question, SDSS J165202.64+172852.3, est un quasar “extrêmement rouge” qui existait au tout début de l’Univers, il y a 11,5 milliards d’années. Les quasars sont un type rare et incroyablement lumineux de noyau galactique actif (AGN). Ce quasar est l’un des noyaux galactiques les plus puissants connus qui ait été vu à une distance aussi extrême. Les astronomes avaient émis l’hypothèse que l’émission extrême du quasar pourrait provoquer un “vent galactique”, poussant le gaz libre hors de sa galaxie hôte et influençant peut-être considérablement la future formation d’étoiles là-bas. Un AGN est une région compacte au centre d’une galaxie, qui émet suffisamment de rayonnement électromagnétique pour éclipser toutes les étoiles de la galaxie. Les AGN, y compris les quasars, sont alimentés par du gaz tombant dans un trou noir supermassif au centre de leur galaxie. Ils émettent généralement de grandes quantités de lumière sur toutes les longueurs d’onde, mais ce noyau galactique fait partie d’une classe inhabituellement rouge. En plus de sa couleur rouge intrinsèque, la lumière de la galaxie a été encore décalée vers le rouge par sa grande distance. Cela a rendu Webb, ayant une sensibilité inégalée dans les longueurs d’onde infrarouges, parfaitement adapté pour examiner la galaxie en détail.

Pour étudier le mouvement du gaz, de la poussière et de la matière stellaire dans la galaxie, l’équipe a utilisé le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) du télescope. Cet instrument puissant peut collecter simultanément des spectres sur tout le champ de vision du télescope, au lieu d’un seul point à la fois – une technique connue sous le nom de spectroscopie d’unité de champ intégrale (IFU). Cela leur a permis d’examiner simultanément le quasar, sa galaxie et l’environnement plus large. La spectroscopie était essentielle pour comprendre le mouvement des divers écoulements et vents entourant le quasar. Les mouvements des gaz affectent la lumière qu’ils émettent et réfléchissent, provoquant un décalage vers le rouge ou vers le bleu proportionnellement à leur vitesse et à leur direction [1]. L’équipe a pu voir et caractériser ce mouvement en suivant l’oxygène ionisé dans les spectres NIRSpec. Les observations de l’IFU ont été particulièrement utiles, l’équipe tirant pleinement parti de la capacité de collecter des spectres à partir d’une large zone autour du quasar lui-même.

Des études antérieures menées, entre autres, par le télescope spatial Hubble et l’instrument de spectromètre de champ intégral dans le proche infrarouge du télescope Gemini-North ont attiré l’attention sur les puissants flux sortants du quasar, et les astronomes avaient émis l’hypothèse que sa galaxie hôte pourrait fusionner avec certains partenaires invisibles. Mais l’équipe ne s’attendait pas à ce que les données NIRSpec de Webb indiquent clairement qu’ils ne regardaient pas seulement une galaxie, mais au moins trois autres tourbillonnant autour d’elle. Grâce aux spectres IFU sur une large zone, les mouvements de tout ce matériau environnant ont pu être cartographiés, ce qui a permis de conclure que SDSS J165202.64 + 172852.3 faisait en fait partie d’un nœud dense de formation de galaxies. 

  Image de Hubble à grand champ montrant le quasar extrêmement rouge SDSS J165202.64+172852.3
L’image ci-dessus montre une vue à large champ de plusieurs galaxies dans le champ de vision, centrée sur le quasar SDSS J165202.64+172852.3 qui fait l’objet de cette étude. Le quasar est un quasar « extrêmement rouge » tel qu’il en existait au tout début de l’Univers, il y a 11,5 milliards d’années. 

« Il y a peu de proto-amas de galaxies connus à ce stade précoce. Il est difficile de les trouver, et très peu ont eu le temps de se former depuis le Big Bang », a déclaré l’astronome Dominika Wylezalek de l’Université de Heidelberg en Allemagne, qui a dirigé l’étude sur ce quasar. « Cela pourrait éventuellement nous aider à comprendre comment évoluent les galaxies dans des environnements denses… C’est un résultat passionnant ».

En utilisant les observations IFU de NIRSpec, l’équipe a pu confirmer trois compagnons galactiques de ce quasar et montrer comment ils sont connectés. Les données d’archive de Hubble suggèrent qu’il pourrait y en avoir encore plus. Les images de la caméra grand champ 3 de Hubble avaient montré un matériau étendu entourant le quasar et sa galaxie, incitant sa sélection pour cette étude sur son écoulement et les effets sur sa galaxie hôte. Maintenant, l’équipe soupçonne qu’elle aurait pu regarder le cœur de tout un amas de galaxies – seulement maintenant révélé par l’imagerie nette de Webb.       « Notre premier regard sur les données a rapidement révélé des signes clairs d’interactions majeures entre les galaxies voisines », a partagé Andrey Vayner, membre de l’équipe de l’Université Johns Hopkins à Baltimore, aux États-Unis. « La sensibilité de l’instrument NIRSpec était immédiatement apparente, et il est clair que nous sommes dans une nouvelle ère de la spectroscopie infrarouge ».

Les trois galaxies confirmées sont en orbite à des vitesses incroyablement élevées, ce qui indique qu’une grande quantité de masse est présente. Lorsqu’il est combiné avec la proximité avec laquelle ils sont entassés dans la région autour de ce quasar, l’équipe pense que cela marque l’une des zones de formation de galaxies les plus denses connues dans l’Univers primordial. « Même un nœud dense de matière noire n’est pas suffisant pour l’expliquer », dit Wylezalek. « Nous pensons que nous pourrions voir une région où deux halos massifs de matière noire fusionnent ».       L’étude menée par l’équipe de Wylezalek fait partie des enquêtes de Webb sur l’Univers primitif. Avec sa capacité sans précédent à remonter dans le temps, le télescope est déjà utilisé pour étudier comment les premières galaxies se sont formées et ont évolué, et comment les trous noirs se sont formés et ont influencé la structure de l’Univers. L’équipe prévoit des observations de suivi dans ce proto-amas de galaxies inattendu et espère l’utiliser pour comprendre comment des amas de galaxies denses et chaotiques comme celui-ci se forment et comment il est affecté par le trou noir supermassif actif en son cœur.

Ils visent d’abord à revenir sur la question des vents galactiques et de la rétroaction des quasars. Les quasars ont longtemps été soupçonnés d’être responsables de la réduction de la formation d’étoiles dans leurs galaxies hôtes par ce mécanisme de rétroaction, mais il a été difficile de trouver des preuves solides pour lier les deux. Les présentes observations ne sont que les premières d’une série qui étudiera trois quasars avec Webb, chacun à des moments différents dans le passé de l’Univers. « Démêler la lumière incroyablement brillante d’un quasar distant de l’hôte beaucoup plus faible et de ses compagnons est presque impossible depuis le sol. Découvrir les détails des vents galactiques qui peuvent produire des réactions est encore plus difficile », a dit David Rupke, membre du Rhodes College de Memphis, aux États-Unis. « Maintenant, avec Webb, nous pouvons déjà voir que cela change ». Cette recherche a été réalisée dans le cadre des programmes Early Release Science (ERS) de Webb. Ces observations ont lieu au cours des 5 premiers mois des opérations scientifiques de Webb. Les observations de Webb qui ont donné ce résultat ont été tirées du programme ERS #1335. 

Note[1] Lorsque des ondes lumineuses sont émises par une source en mouvement, elles peuvent être écrasées ensemble ou étirées de notre point de vue ici sur Terre, selon la direction dans laquelle la source se déplace. Si une source lumineuse s’éloigne de nous, l’étirement déplace sa lumière vers des longueurs d’onde plus rouges, et si la source se dirige vers nous, sa lumière devient plus bleue. Ceci est connu sous le nom d’effet Doppler, analogue à la façon dont les ondes sonores sont décalées lorsqu’elles sont émises par un véhicule en mouvement tel qu’une ambulance. Les ondes lumineuses peuvent également être décalées vers le rouge parce que l’espace lui-même, entre elles et nous, s’agrandit. C’est ce que l’on appelle le redshift cosmologique.

Traduction : Olivier Sabbagh

Note du traducteur sur les Quasars : Un quasar (source de rayonnement astronomique quasi-stellairequasi-stellar astronomical radiosource), est une galaxie très énergétique avec un noyau galactique actif. Les quasars sont les entités les plus lumineuses de l’univers. Bien qu’il y ait d’abord eu une certaine controverse sur la nature de ces objets jusqu’au début des années 1980, il existe maintenant un consensus scientifique selon lequel un quasar est la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d’une galaxie massive. Leur taille est de 10 à 10.000 fois le rayon de Schwarzschild* du trou noir. Leur source d’énergie provient du disque d’accrétion entourant le trou noir.

Impression d’artiste d’un quasar

Avec les télescopes optiques, la plupart des quasars ressemblent à de petits points lumineux, bien que certains soient vus comme étant les centres de galaxies actives (couramment connus sous l’abréviation AGN, pour Active Galaxy Nucleus). La majorité des quasars sont beaucoup trop éloignés pour être vus avec de petits télescopes, mais 3C 273, avec une magnitude apparente (ou relative) de 12,9 est une exception. À 2,44 milliards d’années-lumière, c’est un des objets lointains observables avec un équipement d’amateur. Certains quasars montrent de rapides changements de luminosité, ce qui implique qu’ils sont assez petits (un objet ne peut pas changer plus vite que le temps qu’il faut à la lumière pour voyager d’un bout à l’autre). On pense que les quasars gagnent en puissance par l’accrétion de matière autour des trous noirs supermassifs qui se trouvent dans le noyau de ces galaxies, faisant des « versions lumineuses » de ces objets connus comme étant des galaxies actives. Aucun autre mécanisme ne parait capable d’expliquer l’immense énergie libérée et leur rapide variabilité.

Structure des quasars : Un quasar est composé de trois grandes parties principales :
1) Le trou noir supermassif comportant la quasi-totalité de la masse du quasar (de quelques millions à quelques dizaines de milliards de fois la masse du Soleil). Il est également le centre du quasar.
2) Le disque d’accrétion est le disque formé par la matière qui tombe dans le trou noir. La force de friction engendrée par le frottement des gaz dans le disque génère une forte chaleur.
3) Les jets de gaz qui sont expulsés du disque d’accrétion par les lignes de champs magnétique du trou noir atteignent une vitesse proche de celle de la lumière.


Webb explore une paire de galaxies qui fusionnent

ESA 2022 10 25

Les deux galaxies vues par Hubble

Dans cet article, une image de Webb des galaxies IC 1623 A et B qui fusionnent avec une image de Hubble. L’image ci-dessus, combine des données des instruments ACS et WFC3 de Hubble, nous donne une vue familière de ces galaxies en collision, où les centres des galaxies individuelles sont très obscurcis part de la poussière sombre. Pendant ce temps, dans la vue de Webb, combinée entre les instruments MIRI et NIRCam, des galaxies ci-dessous, le gaz utilisé comme carburant dans les pouponnières d’étoiles est particulièrement apparent. La capacité de Webb de percer les voiles gazeux qui obscurcissent Les brillants cœurs galactiques causent aussi les importants pics de diffraction qui apparaissent.

L’image du dessous du James Webb Space Telescope montre IC 1623, une paire entrelacée de galaxies en interaction, qui se trouve à environ 270 millions d’années-lumière de la Terre, dans la constellation de la Baleine. Les deux galaxies de IC 1623 plongent, tête baissée l’une dans l’autre, dans un processus connu de fusion de galaxies. Leur collision a déclenché une vague frénétique de formation d’étoiles connue sous le nom de « starburst », créant de nouvelles étoiles à un rythme plus de vingt fois supérieur à celui de la galaxie de la Voie Lactée.

Les deux galaxies vues par le JWST

Ce système de galaxies en interaction est particulièrement brillant dans les longueurs d’onde infrarouges, ce qui en fait un terrain d’essai parfait pour la capacité de Webb à étudier les galaxies lumineuses. Une équipe d’astronomes a capturé IC 1623 dans les portions infrarouges du spectre électromagnétique en utilisant un trio d’instruments scientifiques de pointe de Webb : MIRI, NIRSpec, et NIRCam. De ce fait, ils ont fourni une abondance de données qui vont permettre à la grande communauté astronomique d’explorer totalement les capacités sans précédent de Webb qui aideront à révéler les interactions complexes dans les écosystèmes galactiques. Ces observations sont aussi accompagnées de données d’autres observatoires, dont celles du télescope spatial Hubble, at aideront à préparer le terrain pour les futures observations des systèmes galactiques avec Webb.

La fusion de ces deux galaxies intéresse depuis longtemps les astronomes, et a déjà été imagée par Hubble et d’autres télescopes spatiaux. Le starburst extrême en cours provoque une émission infrarouge intense, et les galaxies fusionnantes pourraient bien être en train de former un trou noir supermassif. Une épaisse bande de poussière a bloqué ces précieuses informations de la vue des télescopes comme Hubble. Cependant, la sensibilité infrarouge de Webb et sa résolution impressionnante à ces longueurs d’onde lui permettent de voir au-delà de la poussière et ont abouti à l’image spectaculaire ci-dessus, une combinaison d’images MIRI et NIRCam.

Le noyau lumineux de la fusion de galaxies s’avère à la fois très brillant et très compact, à tel point que les pics de diffraction de Webb apparaissent au sommet de la galaxie sur cette image. Les pointes de diffraction à 8 branches, semblables à des flocons de neige, sont créées par l’interaction de la lumière des étoiles avec la structure physique du télescope. La qualité pointue des observations de Webb est particulièrement perceptible dans les images contenant des étoiles brillantes, comme la première image en champ profond de Webb.

MIRI a été demandé par l’ESA et la NASA, avec l’instrument conçu et construit par un consortium d’instituts européens fondés part les états européen (Le consortium eurteopéen de MIRI) en partenariat avec le JPL et l’université d’Arizona.

NIRSpec a été créé par l’Agence Européenne de l’Espace (ESA) via un consortium de sociétés européennes conduites par Airbus Defence and Space (ADS) avec le Goddard Space Flight Center de la NASA qui a fourni le détecteur et le sous-système micro-shutter.

Les résultats, basés sur ces observations de IC 1623, ont été publiées dans le Journal d’Astrophysique.

Traduction : Olivier Sabbagh


Complément sur les Piliers de la Création par le JWST

ESA 2022 10 28

Le télescope spatial James Webb du consortium NASA/ESA/CSA vient de révéler deux nouvelles vues des Piliers de la Création, qui avaient été rendus célèbres par des images du télescope spatial Hubble de la NASA et l’ESA, en 1995 et à nouveau en 2014.

Description de l’image : des couches semi-opaques de gaz et de poussière bleus et gris commencent en bas à gauche et montent vers le haut à droite. Il y a trois piliers importants. Le pilier de gauche est le plus grand et le plus large. Les sommets des deuxième et troisième piliers sont mis en valeur dans des tons plus foncés de contours bleus. Quelques étoiles rouges apparaissent dans les piliers. Quelques étoiles bleues et blanches parsèment la scène globale. 

Première image : NASA/ESA/CSA sur les piliers de la création a un ton effrayant. Des milliers d’étoiles qui existent dans cette région disparaissent de la vue – et des couches apparemment sans fin de gaz et de poussière deviennent la pièce maîtresse. 

La détection de la poussière par l’instrument à infrarouge moyen (MIRI) de Webb est extrêmement importante – la poussière est un ingrédient majeur de la formation des étoiles. De nombreuses étoiles se forment activement dans ces denses piliers bleu-gris. Lorsque des nœuds de gaz et de poussière d’une masse suffisante se forment dans ces régions, ils commencent à s’effondrer sous leur propre attraction gravitationnelle, se réchauffent lentement et finissent par former de nouvelles étoiles. 

Bien que les étoiles semblent être absentes, elles sont bien là. Les étoiles n’émettent généralement pas beaucoup de lumière infrarouge moyenne. Au lieu de cela, elles sont plus faciles à détecter dans l’ultraviolet, le visible et le proche infrarouge. Dans cette vue MIRI, deux types d’étoiles peuvent être identifiés. Les étoiles au bout des piliers épais et poussiéreux ont récemment érodé la plupart des matériaux les plus éloignés qui les entourent, mais elles peuvent être vues dans l’infrarouge moyen car elles sont encore entourées de capes de poussière. En revanche, les tons bleus indiquent des étoiles plus anciennes et qui ont perdu la plupart de leur gaz et de leur poussière. 

La lumière infrarouge moyen détaille également les régions denses de gaz et de poussière. La région rouge vers le haut, qui forme un délicat V, est l’endroit où la poussière est à la fois diffuse et plus froide. Et bien qu’il puisse sembler que la scène s’éclaircit vers le bas à gauche de cette vue, les zones grises les plus sombres sont celles où se trouvent les régions de poussière les plus denses et les plus froides. Notez qu’il y a beaucoup moins d’étoiles et qu’aucune galaxie d’arrière-plan n’apparaît. 

Les données infrarouges moyennes de Webb aideront les chercheurs à déterminer exactement la quantité de poussière dans cette région – et de quoi elle est faite. Ces détails rendront les modèles des Piliers de la Création beaucoup plus précis. Au fil du temps, nous commencerons à comprendre plus clairement comment les étoiles se forment et éclatent de ces nuages ​​poussiéreux pendant des millions d’années. 

Description de l’image : cette image verticale présente des couches de gaz et de poussière semi-opaques de couleur rouge rouille qui commencent en bas à gauche et se dirigent vers le haut à droite. Il y a trois piliers proéminents s’élevant vers le haut à droite. Le pilier de gauche est le plus grand et le plus large. Les sommets des deuxième et troisième piliers sont mis en valeur dans des tons de brun plus foncés et ont des contours rouges.

Seconde image : La seconde image, plus bas, a été prise avec la caméra en proche infrarouge (NIRCam) de Webb, où les proto-étoiles nouvellement formées sont les « voleuses de scène », elles sont partout. Ce sont les orbes rouge vif qui ont généralement des pics de diffraction et se trouvent à l’extérieur de l’un des piliers poussiéreux.

Les piliers de la création sont mis en valeur dans un kaléidoscope de couleurs dans la vue en lumière en proche infrarouge du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb. Les piliers ressemblent à des arcs et des flèches émergeant d’un paysage désertique, mais sont remplis de gaz et de poussière semi-transparents et en constante évolution. C’est une région où de jeunes étoiles se forment – ​​ou sortent à peine de leurs cocons poussiéreux alors qu’elles continuent de se former. 

Les proto-étoiles sont les voleurs de scène dans cette image de caméra proche infrarouge (NIRCam). Ce sont les orbes rouge vif qui apparaissent parfois avec huit pointes de diffraction. Lorsque des nœuds avec une masse suffisante se forment dans les piliers, ils commencent à s’effondrer sous leur propre gravité, se réchauffent lentement et finissent par briller de mille feux.

Le long des bords des piliers se trouvent des lignes ondulées qui ressemblent à de la lave. Ce sont des éjections d’étoiles encore en formation. Les jeunes étoiles émettent périodiquement des jets qui peuvent interagir dans les nuages ​​de matière, comme ces épais piliers de gaz et de poussière. Cela entraîne parfois aussi des ondes de choc, qui peuvent former des motifs ondulés comme le fait un bateau lorsqu’il se déplace dans l’eau. On estime que ces jeunes étoiles n’ont que quelques centaines de milliers d’années et continueront à se former pendant des millions d’années.

Bien qu’il puisse sembler que la lumière proche infrarouge ait permis à Webb de “percer” l’arrière-plan pour révéler de grandes distances cosmiques au-delà des piliers, le milieu interstellaire fait obstacle, comme un rideau tiré.

C’est aussi la raison pour laquelle il n’y a pas de galaxies lointaines dans cette vue. Cette couche de gaz translucide bloque notre vision de l’univers plus profond. De plus, la poussière est éclairée par la lumière collective de la “fête” bondée d’étoiles qui se sont libérées des piliers. C’est comme se tenir dans une pièce bien éclairée regardant par une fenêtre – la lumière intérieure se reflète sur la vitre, obscurcissant la scène à l’extérieur et, à son tour, illuminant l’activité de la fête à l’intérieur.

La nouvelle vision de Webb sur les piliers de la création aidera les chercheurs à réorganiser les modèles de formation d’étoiles. En identifiant des populations d’étoiles beaucoup plus précises, ainsi que les quantités de gaz et de poussière dans la région, ils commenceront à mieux comprendre comment les étoiles se forment et éclatent de ces nuages ​​sur des millions d’années.

Les piliers de la création sont une petite région de la vaste nébuleuse de l’Aigle, située à 6.500 années-lumière. 

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb lève le rideau sur les premières galaxies de l’Univers

ESA 2022 11 17

Le puissant télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA a trouvé un « pays non découvert » étonnamment riche de galaxies primitives qui a été largement caché jusqu’à présent.

Quelques jours après le début officiel des opérations scientifiques, Webb a propulsé les astronomes dans un royaume de galaxies primitives, auparavant cachées au-delà de la portée de tous les autres télescopes. Webb dévoile maintenant un univers très riche où les premières galaxies en formation semblent remarquablement différentes des galaxies matures que l’on voit autour de nous aujourd’hui. Les chercheurs ont découvert deux galaxies exceptionnellement brillantes qui existaient environ 300 et 400 millions d’années après le Big Bang. Leur extrême luminosité laisse perplexe les astronomes. Les jeunes galaxies transforment le gaz en étoiles aussi vite qu’elles le peuvent et elles apparaissent compactées en formes sphériques ou en disques beaucoup plus petits que notre galaxie de la Voie Lactée. Le début de la naissance stellaire n’a peut-être eu lieu que 100 millions d’années après le Big Bang, qui s’est produit il y a 13,8 milliards d’années.

Deux des galaxies les plus éloignées vues à ce jour sont capturées dans ces images de Webb des régions extérieures de l’amas de galaxies géantes Abell 2744. Les galaxies ne sont pas à l’intérieur de l’amas, mais à plusieurs milliards d’années-lumière derrière lui.

La galaxie présentée dans l’image en haut au centre est extraite de l’image de gauche. Elle n’a existé que 450 millions d’années après le Big Bang.

La galaxie présentée dans l’image en bas au centre est extraite de l’image de droite. Elle n’a existé que 350 millions d’années après le Big Bang.

Les deux galaxies sont vues très proches dans le temps du Big Bang qui s’est produit il y a 13,8 milliards d’années. Ces galaxies sont très petites par rapport à notre Voie lactée, ne représentant que quelques pour cent de sa taille, de même que la galaxie allongée de manière inattendue présentée dans l’image en haut au centre.

« Tout ce que nous voyons est nouveau. Webb nous montre qu’il existe un univers très riche au-delà de ce que nous imaginions », a déclaré Tommaso Treu de l’Université de Californie à Los Angeles, co-chercheur sur l’un des programmes Webb. « Une fois de plus, l’Univers nous a surpris. Ces premières galaxies sont très inhabituelles à bien des égards ».

Les résultats proviennent du programme scientifique GLASS-JWST Early Release de Webb (Grism Lens-Amplified Survey from Space) et de l’enquête Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). Deux documents de recherche, dirigés par Marco Castellano de l’Institut national d’astrophysique de Rome, en Italie, et Rohan Naidu du Centre d’astrophysique | Harvard & Smithsonian et le Massachusetts Institute of Technology de Cambridge, Massachusetts ont été publiés dans Astrophysical Journal Letters.

En seulement quatre jours d’analyse, les chercheurs ont trouvé deux galaxies exceptionnellement brillantes dans les images GLASS-JWST. Ces galaxies existaient environ 450 et 350 millions d’années après le Big Bang (avec des décalages vers le rouge d’environ 10,5 et 12,5, respectivement), ce que les futures mesures spectroscopiques avec Webb aideront à confirmer.

« Avec Webb, nous avons été étonnés de trouver la lumière des étoiles la plus éloignée que quiconque ait jamais vue, quelques jours seulement après que Webb a publié ses premières données », a déclaré Rohan Naidu de la galaxie GLASS plus éloignée, appelée GLASS-z12, qui est censée remonter à 350 millions d’années après le big bang. Le précédent détenteur du record est la galaxie GN-z11, qui existait 400 millions d’années après le big bang (redshift 11.1), et identifiée en 2016 par Hubble et Keck Observatory dans des programmes de ciel profond.

« Sur la base de toutes les prédictions, nous avons pensé que nous devions rechercher un volume d’espace beaucoup plus grand pour trouver de telles galaxies », a déclaré Castellano.

« Ces observations font juste exploser votre tête. C’est un tout nouveau chapitre de l’astronomie. C’est comme une fouille archéologique, quand tout à coup vous trouvez une ville perdue ou quelque chose dont vous ne saviez rien. C’est juste stupéfiant », a ajouté Paola Santini, quatrième auteur de Castellano et al. Papier GLASS-JWST.

« Alors que les distances de ces premières sources doivent encore être confirmées par spectroscopie, leurs luminosités extrêmes sont un véritable casse-tête, défiant notre compréhension de la formation des galaxies”, a noté Pascal Oesch de l’Université de Genève en Suisse.

Les observations de Webb poussent les astronomes vers un consensus selon lequel un nombre inhabituel de galaxies dans l’Univers primordial étaient beaucoup plus brillantes que prévu. Selon les chercheurs, cela permettra à Webb de trouver plus facilement encore plus de galaxies précoces dans les relevés ultérieurs du ciel profond.

« Nous avons cloué quelque chose qui est incroyablement fascinant. Ces galaxies auraient dû commencer à se rassembler peut-être juste 100 millions d’années après le Big Bang. Personne ne s’attendait à ce que l’âge des ténèbres se termine si tôt », a déclaré Garth Illingworth de l’Université de Californie à Santa Cruz. « L’univers primitif n’aurait eu qu’un centième de son âge actuel. C’est une fine tranche de temps dans le cosmos en évolution vieux de 13,8 milliards d’années ».

Erica Nelson, membre de l’équipe Naidu/Oesch de l’Université du Colorado, a noté que « notre équipe a été frappée de pouvoir mesurer les formes de ces premières galaxies ; leurs disques calmes et ordonnés remettent en question notre compréhension de la façon dont les premières galaxies se sont formées dans l’univers primitif surpeuplé et chaotique. Cette découverte remarquable des disques compacts à une époque aussi ancienne n’a été possible que parce que les images de Webb sont beaucoup plus nettes, en lumière infrarouge, que celles de Hubble ».

« Ces galaxies sont très différentes de la Voie lactée ou d’autres grandes galaxies que nous voyons autour de nous aujourd’hui », a déclaré Treu.

Illingworth a souligné que les deux galaxies brillantes découvertes par ces équipes ont beaucoup de lumière. Il a dit qu’une option est qu’ils auraient pu être très massifs, avec beaucoup d’étoiles de faible masse, comme les galaxies ultérieures. Alternativement, ils pourraient être beaucoup moins massifs, constitués de beaucoup moins d’étoiles extraordinairement brillantes, connues sous le nom d’étoiles de la population III. Longtemps théorisées, elles seraient les premières étoiles jamais nées, flamboyantes à des températures fulgurantes et composées uniquement d’hydrogène et d’hélium primordiaux ; ce n’est que plus tard que les étoiles cuisineraient des éléments plus lourds dans leurs fours à fusion nucléaire. Aucune étoile primordiale extrêmement chaude n’est observée dans l’Univers local.

« En effet, la source la plus éloignée est très compacte, et ses couleurs semblent indiquer que sa population stellaire est particulièrement dépourvue d’éléments lourds et pourrait même contenir quelques étoiles de Population III. Seuls les spectres de Webb le diront », a déclaré Adriano Fontana, deuxième auteur de l’article de Castellano et al. et membre de l’équipe GLASS-JWST.

Les estimations actuelles de Webb sur les distances à ces deux galaxies sont basées sur la mesure de leurs couleurs infrarouges. Finalement, des mesures complémentaires de suivi par spectroscopie devraient montrer comment la lumière a été étirée dans l’Univers en expansion, et devrait fournir une vérification indépendante de ces mesures cosmiques.

Webb est le télescope le plus grand et le plus puissant jamais lancé dans l’espace. Dans le cadre d’un accord de collaboration internationale, l’ESA a fourni le service de lancement du télescope, en utilisant le lanceur Ariane 5. En collaboration avec des partenaires, l’ESA était responsable du développement et de la qualification des adaptations d’Ariane 5 pour la mission Webb et de l’approvisionnement du service de lancement par Arianespace. L’ESA a également fourni le spectrographe performant NIRSpec et 50 % de l’instrument dans l’infrarouge moyen MIRI, qui a été conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (le Consortium européen MIRI) en partenariat avec le JPL et l’Université de l’Arizona. Webb est un partenariat international entre la NASA, l’ESA et l’Agence spatiale canadienne (ASC).

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb révèle l’atmosphère d’une exoplanète comme jamais vue précédemment

ESA 2022 11 24

Ceci est la suite d’une première étude de l’exoplanète WASP-39 b qui avait été publiée le 22 08 2022 dans le document ESA 2022 08 22. Les données alors fournies en août dernier sur l’atmosphère de cette exoplanète mentionnaient la présence inhabituelle de dioxyde de carbone (CO2). Depuis, de nombreuses autres molécules ont été découvertes dans l’atmosphère de cette planète.

Le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb vient de marquer une autre première : un portrait moléculaire et chimique du ciel d’un monde lointain. Alors que Webb et d’autres télescopes spatiaux, y compris le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA, ont déjà révélé des ingrédients isolés de l’atmosphère de cette planète chauffée, les nouvelles lectures fournissent un menu complet d’atomes, de molécules et même de signes de chimie active et de nuages. Les dernières données donnent également une idée de ce à quoi ces nuages ​​pourraient ressembler de près : fragmentés plutôt que comme une seule couverture uniforme sur la planète.

La gamme d’instruments très sensibles du télescope a été utilisée sur l’atmosphère de WASP-39 b, une « Saturne chaude » (une planète à peu près aussi massive que Saturne mais sur une orbite plus étroite que Mercure) en orbite autour d’une étoile à environ 700 années-lumière. Cette exoplanète de la taille de Saturne a été l’une des premières examinées par le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb lorsqu’il a commencé ses opérations scientifiques régulières. Les résultats ont enthousiasmé la communauté scientifique des exoplanètes. Les instruments extrêmement sensibles de Webb ont fourni un profil des constituants atmosphériques de WASP-39 b et identifié une pléthore de contenus, notamment de l’eau, du dioxyde de soufre, du monoxyde de carbone, du sodium et du potassium.

Les résultats sont de bon augure pour la capacité des instruments de Webb à mener le large éventail d’enquêtes sur les exoplanètes – des planètes autour d’autres étoiles – espérées par la communauté scientifique. Cela inclut sonder les atmosphères de planètes rocheuses plus petites comme celles du système TRAPPIST-1. « Nous avons observé l’exoplanète avec plusieurs instruments qui couvrent ensemble une large bande du spectre infrarouge et une panoplie d’empreintes chimiques inaccessibles jusqu’au JWST », a déclaré Natalie Batalha, astronome à l’Université de Californie à Santa Cruz, qui a contribué et aidé à coordonner la nouvelle recherche. “Des données comme celles-ci changent la donne ».

La composition atmosphérique de l’exoplanète géante à gaz chaud WASP-39 b a été révélée par le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb. Ce graphique montre quatre spectres de transmission de trois des instruments de Webb fonctionnant dans quatre modes d’instrument. Tous sont tracés sur une échelle commune allant de 0,5 à 5,5 microns. Un spectre de transmission est créé en comparant la lumière des étoiles filtrée à travers l’atmosphère d’une planète lorsqu’elle se déplace devant l’étoile, à la lumière des étoiles non filtrée détectée lorsque la planète est à côté de l’étoile. Chacun des points de données (cercles blancs) sur ces graphiques représente la quantité d’une longueur d’onde spécifique de lumière qui est bloquée par la planète et absorbée par son atmosphère. Les longueurs d’onde qui sont préférentiellement absorbées par l’atmosphère apparaissent comme des pics dans le spectre de transmission.

Un spectre de transmission est créé en comparant la lumière des étoiles filtrée à travers l’atmosphère d’une planète lorsqu’elle se déplace devant l’étoile, à la lumière des étoiles non filtrée détectée lorsque la planète est à côté de l’étoile. Chacun des points de données (cercles blancs) sur ces graphiques représente la quantité d’une longueur d’onde spécifique de lumière qui est bloquée par la planète et absorbée par son atmosphère. Les longueurs d’onde qui sont préférentiellement absorbées par l’atmosphère apparaissent comme des pics dans le spectre de transmission.

La ligne bleue est un modèle le mieux adapté qui prend en compte les données, les propriétés connues de WASP-39 b et de son étoile (par exemple, la taille, la masse, la température) et les caractéristiques supposées de l’atmosphère. Les chercheurs peuvent faire varier les paramètres du modèle – en modifiant des caractéristiques inconnues telles que la hauteur des nuages ​​dans l’atmosphère et l’abondance de divers gaz – pour obtenir un meilleur ajustement et mieux comprendre à quoi ressemble vraiment l’atmosphère.

En haut à gauche, les données du NIRISS montrent des empreintes digitales de potassium (K), d’eau (H2O) et de monoxyde de carbone (CO). En haut à droite, les données de NIRCam montrent une signature d’eau proéminente. En bas à gauche, les données de NIRSpec indiquent l’eau, le dioxyde de soufre (SO2), le dioxyde de carbone (CO2) et le monoxyde de carbone (CO). En bas à droite, des données NIRSpec supplémentaires révèlent toutes ces molécules ainsi que le sodium (Na).

La suite des découvertes est détaillée dans un ensemble de cinq nouveaux articles scientifiques, dont trois sont sous presse et deux sont en cours de révision. Parmi les révélations sans précédent figure la première détection dans une atmosphère d’exoplanète de dioxyde de soufre, une molécule produite à partir de réactions chimiques déclenchées par la lumière à haute énergie de l’étoile mère de la planète. Sur Terre, la couche d’ozone protectrice dans la haute atmosphère est créée de la même manière. « C’est la première fois que nous voyons des preuves concrètes de la photochimie – des réactions chimiques initiées par la lumière stellaire énergétique – sur des exoplanètes », a déclaré Shang-Min Tsai, chercheur à l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et auteur principal de l’article expliquant l’origine du dioxyde de soufre dans l’atmosphère de WASP-39 b. « Je vois cela comme une perspective vraiment prometteuse pour faire progresser notre compréhension des atmosphères d’exoplanètes avec cette mission ».

« C’est la première fois que nous voyons des preuves concrètes de la photochimie – des réactions chimiques initiées par la lumière stellaire énergétique – sur des exoplanètes », a déclaré Shang-Min Tsai, chercheur à l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et auteur principal de l’article expliquant l’origine du dioxyde de soufre dans l’atmosphère de WASP-39 b. « Je vois cela comme une perspective vraiment prometteuse pour faire progresser notre compréhension des atmosphères d’exoplanètes avec cette mission ».

Cela a conduit à une autre première : des scientifiques appliquant des modèles informatiques de photochimie à des données nécessitant une explication complète de cette physique. Les améliorations de la modélisation qui en résultent permettront de construire le savoir-faire technologique nécessaire pour interpréter les signes potentiels d’habitabilité à l’avenir.

Ce graphe montre les données de l’instrument NIRSpec de Webb, indiquant les signatures de l’eau, du dioxyde de soufre (SO2), du dioxyde de carbone (CO2), et du monoxyde de carbone (CO).

« Les planètes sont sculptées et transformées en orbitant dans le bain des radiations de leur étoile hôte », a déclare Batalha. « Sur Terre, ces transformations permettent à la vie de prospérer ». 

La proximité de la planète avec son étoile hôte – huit fois plus proche que Mercure ne l’est de notre Soleil – en fait également un laboratoire pour étudier les effets du rayonnement des étoiles hôtes sur les exoplanètes. Une meilleure connaissance de la connexion étoile-planète devrait permettre de mieux comprendre comment ces processus affectent la diversité des planètes observées dans la galaxie.

D’autres constituants atmosphériques détectés par le télescope Webb comprennent le sodium (Na), le potassium (K) et la vapeur d’eau (H2O), confirmant les observations précédentes des télescopes spatiaux et terrestres ainsi que la recherche d’empreintes digitales supplémentaires de l’eau, à ces longueurs d’onde plus longues, qui n’ont pas été vues auparavant.

Webb a également vu le dioxyde de carbone (CO2) à une résolution plus élevée, fournissant deux fois plus de données que celles rapportées à partir de ses observations précédentes. Pendant ce temps, du monoxyde de carbone (CO) a été détecté, mais des signatures évidentes de méthane (CH4) et de sulfure d’hydrogène (H2S) étaient absentes des données Webb. Si elles sont présentes, ces molécules se produisent à des niveaux très bas.

Pour capturer ce large spectre de l’atmosphère de WASP-39 b, une équipe internationale composée de centaines de chercheurs a analysé indépendamment les données de quatre des modes d’instruments finement calibrés du télescope Webb.

Ce graphe montre les données de l’instrument NIRSpec de Webb, indiquant les signatures du potassium (K), de l’eau (H2O), du monoxyde de carbone (CO), du dioxyde de soufre (SO2), du dioxyde de carbone (CO2), et du sodium (Na).

« Nous avions prédit ce que ce télescope nous montrerait, mais c’était plus précis, plus diversifié et plus beau que je ne le pensais réellement », a déclaré Hannah Wakeford, astrophysicienne à l’Université de Bristol au Royaume-Uni, qui étudie les atmosphères des exoplanètes. 

Avoir une liste aussi complète d’ingrédients chimiques dans une atmosphère d’exoplanète donne également aux scientifiques un aperçu de l’abondance de différents éléments les uns par rapport aux autres, tels que les rapports carbone-oxygène ou potassium-oxygène. Cela donne à son tour un aperçu de la façon dont cette planète – et peut-être d’autres – s’est formée à partir du disque de gaz et de poussière entourant l’étoile mère dans ses jeunes années.

L’inventaire chimique de WASP-39 b suggère une suite d’écrasements et de fusions de corps plus petits appelés planétésimaux pour créer un éventuel goliath comme cette planète. 

« L’abondance de soufre, en comparaison à l’hydrogène, indique que la planète a vraisemblablement connu une accrétion significative de planétésimaux qui peuvent fournir ces ingrédients à l’atmosphère », a déclaré Kazumasa Ohno, chercheur sur les exoplanètes de l’UC Santa Cruz qui a travaillé sur les données Webb. « Les données indiquent également que l’oxygène est beaucoup plus abondant que le carbone dans l’atmosphère. Cela indique potentiellement que WASP-39 b s’est formé à l’origine loin de l’étoile centrale.

En révélant avec précision les détails de l’atmosphère d’une exoplanète, les instruments du télescope Webb ont dépassé les attentes des scientifiques – et promettent une nouvelle phase d’exploration de la grande variété d’exoplanètes de la galaxie. 

« Nous allons pouvoir avoir une vue d’ensemble des atmosphères des exoplanètes », a déclaré Laura Flagg, chercheuse à l’Université Cornell et membre de l’équipe internationale. « C’est incroyablement excitant de savoir que tout va être réécrit. C’est l’un des meilleurs aspects d’être une scientifique ».

 

Traduction : Olivier Sabbagh


Image composite des Piliers de la Création (avec les caméras NIRCam et MIRI)

ESA 2022 12 02

En combinant des images des emblématiques Piliers de la Création à partir de deux caméras à bord du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb, l’Univers a été encadré dans sa gloire infrarouge. L’image proche infrarouge de Webb a été fusionnée avec son image infrarouge moyen, enflammant cette région de formation d’étoiles avec de nouveaux détails.

Des myriades d’étoiles sont réparties sur toute la scène. Les étoiles apparaissent principalement dans le proche infrarouge, marquant une contribution de la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam). La lumière proche infrarouge révèle également des milliers d’étoiles nouvellement formées – recherchez des sphères orange vif qui se trouvent juste à l’extérieur des piliers poussiéreux.

Description de l’image : des couches semi-opaques de gaz et de poussière bleus, violets et gris commencent en bas à gauche et montent vers le haut à droite. Il y a trois piliers importants. Le pilier de gauche est le plus grand et le plus large. Le fond est orange vers le haut et bleu foncé et violet vers le bas. Quelques étoiles bleues et blanches parsèment la scène globale

En lumière infrarouge moyenne, la poussière est en plein écran. Les contributions de l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI) sont plus apparentes dans les couches de poussière orange diffuse qui drapent le haut de l’image, se détendant en un V. Les régions de poussière les plus denses sont projetées dans des teintes indigo profondes, obscurcissant notre vue des activités qui prennent place à l’intérieur des piliers denses.

La poussière constitue également les piliers en forme de flèche qui s’étendent du bas à gauche au haut à droite. C’est l’une des raisons pour lesquelles la région regorge d’étoiles – la poussière est un ingrédient majeur de la formation des étoiles. Lorsque des nœuds de gaz et de poussière d’une masse suffisante se forment dans les piliers, ils commencent à s’effondrer sous leur propre attraction gravitationnelle, se réchauffent lentement et finissent par former de nouvelles étoiles. Les étoiles nouvellement formées sont particulièrement apparentes aux bords des deux piliers supérieurs – elles font pratiquement irruption sur la scène. Tout en haut du deuxième pilier, des détails ondulés en rouge montrent encore plus d’étoiles incrustées. Celles-ci sont encore plus jeunes et sont très actives lors de leur formation. Les régions semblables à de la lave captent leurs éjections périodiques. Au fur et à mesure que les étoiles se forment, elles envoient périodiquement des jets supersoniques qui peuvent interagir dans les nuages ​​​​de matière, comme ces épais piliers de gaz et de poussière. On estime que ces jeunes étoiles n’ont que quelques centaines de milliers d’années et continueront à se former pendant des millions d’années. Presque tout ce que vous voyez dans cette scène est local. L’univers lointain est en grande partie bloqué de notre vue à la fois par le milieu interstellaire, qui est composé de gaz et de poussière clairsemés situés entre les étoiles, et d’une épaisse bande de poussière dans notre galaxie de la Voie lactée. En conséquence, les étoiles occupent une place centrale dans la vision de Webb des piliers de la création.

Les piliers de la création sont une petite région de la vaste nébuleuse de l’Aigle, située à 6 500 années-lumière. Revisitez l’image proche infrarouge de Webb et son image infrarouge moyen. Les piliers de la création ont été rendus célèbres par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA en 1995, puis à nouveau en 2014. MIRI a été fourni par l’ESA et la NASA, l’instrument étant conçu et construit par un consortium d’instituts européens financés au niveau national (le Consortium européen MIRI) en partenariat avec le JPL et l’Université de l’Arizona. Le NIRCam de Webb a été construit par une équipe de l’Université de l’Arizona et du centre de technologie avancée de Lockheed Martin.

Traduction : Olivier Sabbagh


Webb traque les nuages sur Titan, lune de Saturne

ESA 2022 12 02

Ce sont des images de Titan, la plus grande lune de Saturne, prises par l’instrument NIRCam du James Webb Space Telescope, le 4 novembre 2022. L’image de gauche utilise un filtre sensible à la basse atmosphère de Titan. Les endroits brillants sont des nuages importants de l’hémisphère nord. L’image de droite est un composite. Plusieurs caractéristiques importantes de surface sont nommées : On pense que Kraken Mare est une mer de méthane. Belet est composée de dunes de sable de couleur sombre. Adiri est un endroit doté d’un brillant albédo.

Description de la seconde image : Côte à côte, les images de Titan prises avec la caméra NIRCam en proche infrarouge de Webb le 4 novembre 2022, avec des nuages et d’autres caractéristiques légendées. L’image de gauche est celle de la basse atmosphère et des nuages. L’image de droite est teinte de couleurs blanches, bleues et brunes.

Titan est la seule lune du système solaire dotée d’une atmosphère dense, et c’est aussi le seul corps planétaire autre que la Terre à avoir des rivières, des lacs et des mers. Par contre, la différence avec la Terre est que le liquide à la surface de Titan est composé d’hydrocarbures, dont du méthane et de l’éthane, mais pas d’eau. Son atmosphère est remplie de brumes qui obscurcissent la lumière visible qui se reflète depuis la surface.

Les scientifiques ont attendu des années pour utiliser la vision infrarouge de Webb pour étudier l’atmosphère de Titan, dont ses fascinants modèles météorologiques, sa composition gazeuse, et aussi pouvoir regarder au travers de la brume pour étudier les caractéristiques de son albédo (des taches brillantes et d’autres sombres) sur sa surface. D’autres données sur Titan sont attendues via NIRCam et NIRSpec de même que les premières données de MIRI en infrarouge moyen en mai ou juin 2023 [pour une question de saison sur Titan]. Les données de MIRI révéleront une plus grande partie du spectre de Titan, dont certaines longueurs d’onde qui n’ont jamais encore été vues. Cela donnera aux scientifiques des informations sur la complexité des gaz dans l’atmosphère de Titan, de même que des indices cruciaux pour comprendre pourquoi est-ce que Titan est la seule lune du système solaire à avoir une atmosphère dense.

Note : Ce document met en lumière des données scientifiques de Webb qui sont en cours de traitement et qui n’ont pas encore été revues et validées.

Traduction : Olivier Sabbagh