James Webb Space Telescope, données : 2023 janvier / juin
Webb confirme sa première exoplanète
ESA 2023 01 11
Des chercheurs ont confirmé la présence d’une exoplanète, une planète qui orbite autour d’une autre étoile, en utilisant pour la première fois le télescope spatial James Webb. Formellement classée LHS 475 b, la planète a presque exactement la même taille que la nôtre, avec 99 % du diamètre de la Terre.
Basée sur de nouvelles preuves du télescope spatial James Webb, cette illustration reflète la conclusion selon laquelle l’exoplanète LHS 475 b est rocheuse et presque exactement de la même taille que la Terre. La planète tourne autour de son étoile en seulement deux jours, bien plus vite que n’importe quelle planète du système solaire. Les chercheurs poursuivront cet été avec des observations supplémentaires avec Webb, qui, espèrent-ils, leur permettront de conclure définitivement si la planète a une atmosphère. LHS 475 b est relativement proche, à 41 années-lumière, dans la constellation de l’Octant.
L’équipe de recherche est dirigée par Kevin Stevenson et Jacob Lustig-Yaeger, tous deux du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins à Laurel, Maryland. L’équipe a choisi d’observer cette cible avec Webb après avoir soigneusement examiné les données du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA qui laissaient entendre l’existence de la planète. Le spectrographe dans le proche infrarouge de Webb (NIRSpec) a pu facilement voir et étudier la planète avec seulement deux observations de transit. « Il ne fait aucun doute que la planète est là. Les données originales de Webb sont valides », a déclaré Lustig-Yaeger. « Le fait que ce soit aussi une petite planète rocheuse est impressionnant pour l’observatoire », a ajouté Stevenson.
« Ces premiers résultats d’observation d’une planète rocheuse de la taille de la Terre ouvrent la porte à de nombreuses possibilités futures pour étudier les atmosphères des planètes rocheuses avec Webb », a déclaré Mark Clampin, directeur de la division d’astrophysique au siège de la NASA à Washington. « Webb nous rapproche de plus en plus d’une nouvelle compréhension des mondes semblables à la Terre en dehors du système solaire, et la mission ne fait que commencer ».
Parmi tous les télescopes en fonctionnement, seul Webb est capable de caractériser les atmosphères d’exoplanètes de la taille de la Terre. L’équipe a tenté d’évaluer ce qui se trouve dans l’atmosphère de la planète en analysant son spectre de transmission. Bien que les données montrent qu’il s’agit d’une planète tellurique de la taille de la Terre, ils ne savent pas encore si elle possède une atmosphère. « Les données de l’observatoire sont magnifiques », a déclaré Erin May, également du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins. « Le télescope est si sensible qu’il peut facilement détecter une gamme de molécules, mais nous ne pouvons pas encore tirer de conclusions définitives sur l’atmosphère de la planète ».
Comment les chercheurs repèrent-ils une planète lointaine ? En observant les changements de lumière pendant qu’elle orbite autour de son étoile. Une courbe de lumière du spectrographe proche infrarouge du télescope spatial James Webb (NIRSpec) montre le changement de luminosité du système d’étoiles LHS 475 au fil du temps alors que la planète est passée devant l’étoile le 31 août 2022. LHS 475 b est une exoplanète rocheuse de la taille de la Terre qui orbite autour d’une étoile naine rouge à environ 41 années-lumière, dans la constellation de l’Octant. La planète est extrêmement proche de son étoile, complétant une orbite en deux jours terrestres. La confirmation de la présence de la planète a été rendue possible par les données de Webb.
Bien que l’équipe ne puisse pas conclure sur ce qui est présent, elle peut certainement dire ce qui n’est pas présent. « Il existe certaines atmosphères de type terrestre que nous pouvons exclure », a expliqué Lustig-Yaeger. « Il ne peut pas avoir une atmosphère épaisse dominée par le méthane, similaire à celle de Titan, la lune de Saturne ».
L’équipe note également que s’il est possible que la planète n’ait pas d’atmosphère, certaines compositions atmosphériques n’ont pas été exclues, comme une atmosphère de dioxyde de carbone pur. « De manière contre-intuitive, une atmosphère contenant 100% de dioxyde de carbone est tellement plus compacte qu’elle devient très difficile à détecter », a déclaré Lustig-Yaeger. Des mesures encore plus précises sont nécessaires pour que l’équipe puisse distinguer une atmosphère de dioxyde de carbone pur de l’absence d’atmosphère du tout. Les chercheurs devraient obtenir des spectres supplémentaires avec d’autres observations cet été.
Une ligne plate dans un spectre de transmission, comme celui-ci, peut être passionnante – elle peut nous en dire beaucoup sur la planète. Les chercheurs ont utilisé le télescope spatial James Webb pour observer l’exoplanète LHS 475 b le 31 août 2022. Comme le montre ce spectre, Webb n’a observé aucune quantité détectable d’aucun élément ou molécule. Les données (points blancs) sont cohérentes avec un spectre sans caractéristiques représentatives d’une planète sans atmosphère (ligne jaune). La ligne violette représente une atmosphère de dioxyde de carbone pur et ne peut être distinguée d’une ligne plate au niveau de précision actuel. La ligne verte représente une atmosphère de méthane pur, qui n’est pas favorisée puisque le méthane, s’il est présent, devrait bloquer plus de lumière stellaire à 3,3 microns.
Webb a également révélé que la planète est quelques centaines de degrés plus chaude que la Terre, donc si des nuages sont détectés, cela pourrait amener les chercheurs à conclure que la planète ressemble plus à Vénus, qui a une atmosphère de dioxyde de carbone et est perpétuellement enveloppée de nuages épais. « Nous sommes à la pointe de l’étude des petites exoplanètes rocheuses », a déclaré Lustig-Yaeger. « Nous avons à peine commencé à effleurer la surface de ce à quoi pourraient ressembler leurs atmosphères ».
Les chercheurs ont également confirmé que la planète complète une orbite en seulement deux jours, une information qui a été presque instantanément révélée par la courbe de lumière précise de Webb. Bien que LHS 475 b soit plus proche de son étoile que n’importe quelle planète du système solaire, son étoile naine rouge est inférieure à la moitié de la température du Soleil, de sorte que les chercheurs prévoient qu’elle pourrait encore supporter une atmosphère.
Les découvertes des chercheurs ont ouvert la possibilité de localiser des planètes de la taille de la Terre en orbite autour d’étoiles naines rouges plus petites. « Cette confirmation de planète rocheuse met en évidence la précision des instruments de la mission », a déclaré Stevenson. « Et ce n’est que la première des nombreuses découvertes que Webb fera ». Lustig-Yaeger a convenu : « Avec ce télescope, les exoplanètes rocheuses sont la nouvelle frontière ».
LHS 475 b est relativement proche, à seulement 41 années-lumière, dans la constellation de l’Octant. Les résultats de l’équipe ont été présentés lors d’une conférence de presse de l’American Astronomical Society (AAS) le mercredi 11 janvier 2023.
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb nous montre une spirale parmi des milliers
ESA 2023 01 31
Un champ bondé de galaxies envahit cette image du télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA, ainsi que des étoiles brillantes couronnées des pointes de diffraction à six pointes de Webb. La grande galaxie spirale à la base de cette image est accompagnée d’une profusion de galaxies plus petites et plus éloignées qui vont de spirales à part entière à de simples taches brillantes. Baptisée LEDA 2046648, elle est située à un peu plus d’un milliard d’années-lumière de la Terre, dans la constellation d’Hercule.
L’un des principaux objectifs scientifiques de Webb est d’observer des galaxies lointaines, et donc anciennes, pour comprendre les détails de leur formation, de leur évolution et de leur composition. La vision infrarouge précise de Webb aide le télescope à remonter le temps, car la lumière des galaxies plus anciennes et plus éloignées est décalée vers les longueurs d’onde infrarouges. La comparaison de ces fossiles galactiques avec les galaxies modernes aidera les astronomes à comprendre comment les galaxies se sont développées pour former les structures que nous voyons dans l’univers aujourd’hui. Webb sondera également la composition chimique de milliers de galaxies pour faire la lumière sur la façon dont les éléments lourds se sont formés et construits au fur et à mesure de l’évolution des galaxies.
Pour tirer pleinement parti du potentiel de Webb pour l’archéologie des galaxies, les astronomes et les ingénieurs doivent d’abord calibrer les instruments et les systèmes du télescope. Chacun des instruments de Webb contient un réseau labyrinthique de miroirs et d’autres éléments optiques qui redirigent et focalisent la lumière des étoiles recueillie par le miroir principal de Webb. Cette observation particulière faisait partie de la campagne de mise en service de l’imageur en proche infrarouge de Webb (Webb’s Near-InfraRed Imager) and le « Spectrographe sans fente », NIRISS (Slitless Spectrograph). En plus de faire de la science à part entière, NIRISS prend en charge les observations parallèles avec la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam). NIRCam a capturé cette image parsemée de galaxies alors que NIRISS observait la naine blanche WD1657+343, une étoile très étudiée. Cela permet aux astronomes d’interpréter et de comparer les données des deux instruments différents et de caractériser les performances de NIRISS.
[Description de l’image : de nombreuses étoiles et galaxies se trouvent sur un fond sombre, dans une variété de couleurs mais principalement des nuances d’orange. Certaines galaxies sont assez grandes pour distinguer des bras spiraux. Le long du bas du cadre se trouve une grande galaxie spirale détaillée vue sous un angle oblique, avec une autre galaxie d’environ un quart de la taille juste en dessous. Les deux ont un noyau brillant et des zones de formation d’étoiles qui illuminent leurs bras spiraux.]
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb révèle des réseaux complexes de gaz et de poussière dans les galaxies voisines
ESA 2023 02 16
Les chercheurs utilisant le télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA obtiennent leur premier aperçu de la formation d’étoiles, du gaz et de la poussière dans les galaxies proches avec une résolution sans précédent aux longueurs d’onde infrarouges. Les données ont permis une première collecte de 21 articles de recherche qui fournissent un nouvel aperçu de la façon dont certains des processus à plus petite échelle de l’Univers, les débuts de la formation d’étoiles, ont un impact sur l’évolution des plus grands objets de notre cosmos : les galaxies.
La plus grande enquête sur les galaxies proches au cours de la première année d’opérations scientifiques de Webb est menée par la collaboration Physique à haute résolution angulaire dans les galaxies proches (PHANGS), impliquant plus de 100 chercheurs du monde entier. Les observations de Webb sont dirigées par Janice Lee, scientifique en chef de l’Observatoire Gemini au NOIRLab de la US National Science Foundation et astronome affilié à l’Université de l’Arizona à Tucson. L’équipe étudie un échantillon diversifié de 19 galaxies spirales, et au cours des premiers mois d’opérations scientifiques de Webb, des observations ont été faites sur cinq de ces cibles – M74, NGC 7496, IC 5332, NGC 1365 et NGC 1433. Les résultats étonnent déjà les astronomes.
NGC 1365 (image de Miri)
Les scientifiques découvrent pour la première fois avec la puissante résolution du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb comment la formation de jeunes étoiles influence l’évolution des galaxies voisines. NGC 1365, observée ici par l’instrument dans l’infrarouge moyen de Webb (MIRI) est l’une des 19 galaxies ciblées pour l’étude par la collaboration Physique à haute résolution angulaire dans les galaxies proches (PHANGS).
Comme l’ont révélé les observations MIRI de NGC 1365, des amas de poussière et de gaz dans le milieu interstellaire ont absorbé la lumière des étoiles en formation et l’ont renvoyée dans l’infrarouge, éclairant un réseau complexe de bulles caverneuses et de coquilles filamenteuses influencées par de jeunes étoiles, libérant de l’énergie dans les bras spiraux de la galaxie.
La résolution exquise de Webb capte également plusieurs amas d’étoiles extrêmement brillantes, non loin du noyau et des amas récemment formés récemment observés le long des bords extérieurs des bras spiraux.
De plus, les images Webb donnent un aperçu de la façon dont les orbites des étoiles et du gaz varient en fonction de l’endroit où ils se forment, et comment cela se traduit par la population d’amas plus anciens en dehors de l’anneau intérieur de formation d’étoiles.
NGC 1365 est une galaxie spirale à double barre située à environ 56 millions d’années-lumière de la Terre. C’est l’une des plus grandes galaxies actuellement connues des astronomes, couvrant deux fois la longueur de la Voie lactée. Dans cette image de NGC 1356, le bleu, le vert et le rouge ont été attribués aux données MIRI de Webb à 7,7, 10 et 11,3 et 21 microns (les filtres F770W, F1000W et F1130W et F2100W, respectivement).
NGC 1433 (image de Miri)
Cette image prise par le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb montre l’une des 19 galaxies ciblées pour l’étude par la collaboration Physique à haute résolution angulaire dans les galaxies proches (PHANGS). La galaxie spirale barrée voisine NGC 1433 prend un tout nouveau look lorsqu’elle est observée par l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI).
Les bras spiraux de NGC 1433 sont jonchés d’étoiles extrêmement jeunes libérant de l’énergie et, dans certains cas, soufflant le gaz et la poussière du milieu interstellaire dans lequel elles s’enfoncent. Les zones qui semblaient autrefois sombres et sombres dans l’imagerie optique s’allument sous l’œil infrarouge de Webb, car des amas de poussière et de gaz dans le milieu interstellaire absorbent la lumière des étoiles en formation et la renvoient dans l’infrarouge.
L’image de Webb de NGC1433 est une représentation spectaculaire du rôle que jouent les processus dynamiques au sein des étoiles en formation, de la poussière et du gaz dans la structure plus large d’une galaxie entière.
Au centre de la galaxie, un noyau serré et brillant doté d’une structure unique à double anneau brille dans des détails exquis, révélés par la résolution extrême de Webb. Dans ce cas, ce double anneau est en fait des bras en spirale étroitement enveloppés qui s’enroulent dans une forme ovale le long de l’axe de la barre de la galaxie.
NGC 1433 est classée comme une galaxie de Seyfert, une galaxie relativement proche de la Terre qui possède un noyau brillant et actif. La luminosité et l’absence de poussière dans l’image MIRI de NGC 1433 pourraient faire penser à une fusion récente ou même à une collision avec une autre galaxie. Dans l’image de NGC 1433, le bleu, le vert et le rouge ont été attribués aux données MIRI de Webb à 7,7, 10 et 11,3 et 21 microns (les filtres F770W, F1000W et F1130W et F2100W, respectivement).
NGC 7496 (image de Miri)
Les scientifiques découvrent pour la première fois avec la puissante résolution du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb comment la formation de jeunes étoiles influence l’évolution des galaxies voisines. Les bras spiraux de NGC 7496, l’une des 19 galaxies ciblées pour l’étude par la collaboration Physique à haute résolution angulaire dans les galaxies proches (PHANGS), sont remplis de bulles caverneuses et de coquilles qui se chevauchent dans cette image de l’instrument en infrarouge moyen de Webb (MIRI). Ces filaments et cavités creuses sont la preuve que de jeunes étoiles libèrent de l’énergie et, dans certains cas, expulsent le gaz et la poussière du milieu interstellaire dans lequel elles s’enfoncent.
Jusqu’à l’arrivée de la haute résolution de Webb aux longueurs d’onde infrarouges, les étoiles au tout début de leur cycle de vie dans les galaxies proches comme NGC 7496 restaient obscurcies par le gaz et la poussière. La couverture de longueur d’onde spécifique de Webb (7,7 et 11,3 microns) permet la détection des hydrocarbures aromatiques polycycliques, qui jouent un rôle essentiel dans la formation des étoiles et des planètes. Dans l’image MIRI de Webb, ceux-ci se trouvent principalement dans les principales voies de poussière des bras spiraux.
Dans leur analyse des nouvelles données de Webb, les scientifiques ont pu identifier près de 60 nouveaux candidats amas intégrés non découverts dans NGC 7496. Ces amas nouvellement identifiés pourraient être parmi les plus jeunes étoiles de toute la galaxie.
Au centre de NGC 7496, une galaxie spirale barrée, se trouve un noyau galactique actif (AGN). Un AGN est un trou noir supermassif qui émet des jets et des vents. L’AGN brille vivement au centre de cette image Webb. De plus, l’extrême sensibilité de Webb capte également diverses galaxies d’arrière-plan, très éloignées de NGC 7496, qui apparaissent vertes ou rouges dans certains cas.NGC 7496 se trouve à plus de 24 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation de la Grue. Dans cette image de NGC 7496, le bleu, le vert et le rouge ont été attribués aux données MIRI de Webb à 7,7, 10 et 11,3 et 21 microns (les filtres F770W, F1000W et F1130W et F2100W, respectivement).
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb observe un amas globulaire scintillant d’étoiles séparées
ESA 2023 02 23
Le 20 juin 2022, le James Webb Space Telescope du consortium NASA/ESA/CSA a passé juste une heure à observer Messier 92 (M92), un amas globulaire à une distance de 27.000 années-lumière dans le halo de la Voie Lactée. L’observation, parmi les toutes premières observations scientifiques conduites par Webb, est une partie du programme 1334 du début de parution scientifique, conçu pour aider les astronomes à comprendre comment il faut utiliser Webb et en tirer le meilleur de ses capacités scientifiques.
Cette image de l’amas globulaire M92 a été prise par l’instrument NIRCam de Webb. Les amas globulaires sont des masses denses d’étoiles fortement entassées qui se sont formées en même temps. Dans M92, il y a environ 300.000 étoiles serrées dans une boule de 100 années-lumière de diamètre. La nuit noire visible d’une planète qui serait au milieu de M92 verrait briller des milliers d’étoiles qui apparaîtraient des milliers de fois plus brillantes que celles de notre ciel terrestre. L’image montre des étoiles à des distances différentes du centre de l’amas, ce qui aide les astronomes à comprendre le mouvement des étoiles dans l’amas, et la physique de ces déplacements.
La bande noire au centre de l’image est un écart qui est le résultat de la séparation entre deux détecteurs à grande longueur d’onde de l’instrument NIRCam de Webb. L’espace couvre le centre dense de l’amas, qui serait trop brillant pour être photographié en même temps que la périphérie plus faible et moins dense de l’amas.
Cette image est un composite de quatre expositions utilisant quatre filtres différents : F090W (0,9 microns de longueur d’onde) est représenté en bleu ; F150W (1,5 microns) en cyan ; F277W (2,77 microns) en jaune ; et F444W (4,44 microns) en rouge. L’image mesure environ 5 minutes d’arc (39 années-lumière) de diamètre.
[Description de l’image : une image rectangulaire orientée horizontalement semble être deux images carrées distinctes avec un large espace noir entre elles. Les deux carrés sont remplis de points de lumière bleus, blancs, jaunes et rouges de tailles et de luminosité différentes, dont la plupart sont des étoiles. Au total, les étoiles semblent former une sorte de boule lâche dont le noyau est obscurci par l’espace au milieu de l’image.]
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb capture le prélude à une supernova, ce qui est très rare…
ESA 2023 03 14
Une étoile Wolf-Rayet est un rare prélude au célèbre acte final d’une étoile massive : la supernova. Lors de l’une de ses premières observations en 2022, le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb a capturé l’étoile Wolf-Rayet WR 124 avec des détails sans précédent.
Un halo distinctif de gaz et de poussière encadre l’étoile et brille dans la lumière infrarouge détectée par Webb, affichant une structure noueuse et un historique d’éjections épisodiques. Bien qu’elles soient le théâtre d’une « mort » stellaire imminente, les astronomes se tournent également vers les étoiles Wolf-Rayet pour mieux comprendre les nouveaux départs. De la poussière cosmique se forme dans les nébuleuses turbulentes qui entourent ces étoiles, une poussière composée des lourds éléments constitutifs de l’Univers moderne, y compris la vie sur Terre.
Composite de l’étoile Wolf-Rayet 124 avec les instruments NIRCam et MIRI de Webb
L’étoile lumineuse et chaude Wolf-Rayet 124 (WR 124) est proéminente au centre de l’image composite du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb combinant des longueurs d’onde de lumière proche infrarouge et infrarouge moyen. L’étoile affiche les pics de diffraction caractéristiques de la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam), causés par la structure physique du télescope lui-même. NIRCam équilibre efficacement la luminosité de l’étoile avec le gaz et la poussière plus faibles qui l’entourent, tandis que l’instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI) révèle la structure de la nébuleuse.
Les étoiles et les galaxies d’arrière-plan peuplent le champ de vision et regardent à travers la nébuleuse de gaz et de poussière qui a été éjectée de l’étoile massive vieillissante pour couvrir 10 années-lumière à travers l’espace. Une histoire des épisodes passés de perte de masse de l’étoile peut être lue dans la structure de la nébuleuse. Plutôt que des coquilles lisses, la nébuleuse est formée d’éjections aléatoires et asymétriques. Des touffes lumineuses de gaz et de poussière apparaissent comme des têtards nageant vers l’étoile, leurs queues s’écoulant derrière eux, repoussées par le vent stellaire.
Cette image combine divers filtres des deux instruments d’imagerie Webb, avec la couleur rouge attribuée aux longueurs d’onde de 4,44, 4,7, 12,8 et 18 microns (F444W, F470N, F1280W, F1800W), verte à 2,1, 3,35 et 11,3 microns (F210M, F335M, F1130W) et bleu à 0,9, 1,5 et 7,7 microns (F090W, F150W, F770W).
[Description de l’image : une grande étoile brillante brille du centre avec des étoiles plus petites dispersées dans l’image. Un nuage aggloméré de matière entoure l’étoile centrale, avec plus de matière au-dessus et en dessous que sur les côtés, à certains endroits permettant aux étoiles d’arrière-plan de voir à travers. Le matériau nuageux est jaune plus près de l’étoile.]
La vue très rare d’une étoile Wolf-Rayet, parmi les étoiles les plus lumineuses, les plus massives et les plus brièvement détectables connues, a été l’une des premières observations faites par le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb. Webb montre l’étoile WR 124 avec des détails sans précédent avec ses puissants instruments infrarouges. L’étoile est à 15.000 années-lumière dans la constellation du Sagittaire.
Les étoiles massives traversent leur cycle de vie, mais toutes ne passent pas par une brève phase Wolf-Rayet avant de devenir une supernova, ce qui rend les observations détaillées de Webb précieuses pour les astronomes. Les étoiles Wolf-Rayet sont en train de se débarrasser de leurs couches externes, ce qui entraîne leurs halos caractéristiques de gaz et de poussière. L’étoile WR 124 a une masse évaluée à 30 fois celle du Soleil, bien qu’ayant déjà perdu 10 masses solaires de matière jusqu’à présent. Lorsque le gaz éjecté s’éloigne de l’étoile et se refroidit, de la poussière cosmique se forme et brille dans la lumière infrarouge détectable par Webb.
L’origine de la poussière cosmique qui peut survivre à une explosion de supernova et contribuer à « l’apport de poussière global de l’Univers » est d’un grand intérêt pour les astronomes pour de nombreuses raisons. La poussière fait partie intégrante du fonctionnement de l’Univers : elle abrite des étoiles en formation, se rassemble pour aider à former des planètes et sert de plate-forme pour que les molécules se forment et s’agglutinent, y compris les éléments constitutifs de la vie sur Terre. Malgré les nombreux rôles essentiels que joue la poussière, il y a encore plus de poussière dans l’Univers que les théories actuelles des astronomes sur la formation de poussière ne peuvent expliquer. L’Univers fonctionne avec un « excédent de poussière dans ses bagages ».
Webb ouvre de nouvelles possibilités pour étudier les détails de la poussière cosmique, qui est mieux observée dans les longueurs d’onde infrarouges de la lumière. La caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam) équilibre la luminosité du noyau stellaire de WR 124 et les détails noueux dans le gaz environnant plus faible. L’instrument innovant Mid-Infrared Instrument (MIRI) du télescope, dont la moitié a été fournie par l’Europe, révèle la structure agglomérée de la nébuleuse de gaz et de poussière entourant l’étoile avec des détails sans précédent. Avant Webb, les astronomes épris de poussière n’avaient tout simplement pas suffisamment d’informations détaillées pour explorer les questions de production de poussière dans des environnements comme WR 124, et si cette poussière était d’une taille et d’une quantité suffisantes pour survivre et apporter une contribution significative à l’apport global de poussière. Maintenant, ces questions peuvent être étudiées avec des données réelles.
Des étoiles comme WR 124 servent également de modèle (par analogie) pour aider les astronomes à comprendre une période cruciale de l’histoire primitive de l’Univers. Des étoiles mourantes similaires ont ensemencé le jeune Univers avec les éléments lourds forgés dans leurs noyaux, des éléments qui sont maintenant courants à l’ère actuelle, y compris sur Terre.
L’image détaillée de Webb de WR 124 préserve pour toujours une brève et turbulente période de transformation, et promet de futures découvertes qui révéleront les mystères longtemps enveloppés de la poussière cosmique.
L’étoile Wolf-Rayet 124 avec le seul instrument MIRI de Webb
Les étoiles Wolf-Rayet sont connues pour être des producteurs de poussière efficaces, et l’instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb le montre avec brio. La poussière cosmique plus froide brille dans les longueurs d’onde infrarouges moyennes plus longues, affichant la structure de la nébuleuse de WR 124. La nébuleuse de 10 années-lumière de large est constituée de matière rejetée par l’étoile vieillissante lors d’éjections aléatoires et de poussière produite lors de la turbulence qui s’ensuit. Cette brillante étape de perte de masse précède l’éventuelle supernova de l’étoile, lorsque la fusion nucléaire dans son noyau s’arrêtera et que la pression de la gravité la fera s’effondrer sur elle-même, puis exploser. Comme MIRI le démontre ici, Webb aidera les astronomes à explorer des questions qui n’étaient auparavant disponibles que pour la théorie, des questions telles que la quantité de poussière que créent des étoiles comme celle-ci avant d’exploser en supernova, et quelle quantité de cette poussière est suffisamment grande pour survivre à l’explosion et partir pour servir de bloc de construction pour les futures étoiles et planètes.
Dans cette image, le rouge est attribué aux longueurs d’onde de 12,8 et 18 microns (F1280W, F1800W), le vert à 11,3 microns (F1130W) et le bleu à 7,7 microns (F770W).
[Description de l’image : un grand nuage lumineux de jaune, de rose et de violet entoure une étoile blanche qui ressemble à un minuscule flocon de neige. Quelques petites étoiles de fond bleu sont visibles. Des trous sombres brisent le nuage et de petites zones lumineuses en haut et en bas à gauche apparaissent comme des bancs de têtards nageant vers l’étoile centrale. Il y a des zones où des touffes de matière brillante et chaude sont soufflées vers l’extérieur par l’étoile, comme des cheveux qui ruisselleraient derrière quelqu’un qui se tiendrait devant un ventilateur.]
Traduction : Olivier Sabbagh
NDT : Source « Pour la Science » : Le Soleil fait figure de poids plume à côté des étoiles de type Wolf-Rayet : plus de 20 fois plus massives que le Soleil, leur température de surface au moins cinq fois plus élevée (entre 30 000 et 100 000 degrés). Ces étoiles ont été découvertes en 1867 par les astronomes français Charles Wolf et Georges Rayet. Rares et souvent masquées par un nuage de matière dense, elles restent mal comprises. Les astronomes supposaient que les étoiles de Wolf-Rayet terminaient leur vie en explosant violemment en supernovæ, mais aucune observation directe ne venait le confirmer. C’est désormais chose faite. Une équipe d’astronomes américains et israéliens menée par Avishay Gal-Yam, de l’Institut Weizmann en Israël, ont montré à l’aide du dispositif iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), qui utilise un télescope automatisé de l’Observatoire Palomar en Californie, que le géniteur de la supernova SN 2013cu était une étoile de Wolf-Rayet.
Les étoiles de type Wolf-Rayet sont une étape dans l’évolution des étoiles les plus massives, qui se distingue par une composition pauvre en hydrogène. Au début, ces étoiles sont aussi riches en hydrogène que les autres, mais elles perdent leurs couches externes – riches en hydrogène – en émettant un vent stellaire intense : elles expulsent l’équivalent de 0,001 pour cent de la masse du Soleil par an, un flux un milliard de fois plus important que celui du Soleil.
Au cœur de l’étoile, les réactions de fusion nucléaire transforment l’hydrogène en hélium et en azote, puis en carbone et oxygène. Lorsque la majeure partie de l’hydrogène des couches externes a été éjectée par le vent stellaire, les couches internes, enrichies en éléments lourds, deviennent visibles : l’étoile a atteint la phase Wolf-Rayet. La bulle de matière qui entoure l’étoile masque l’astre, qu’il est alors difficile d’étudier directement.
La durée de vie des étoiles étant d’autant plus courte qu’elles sont massives, les étoiles les plus massives vivent de 3 à 7 millions d’années seulement, et leur phase Wolf-Rayet elle-même ne dure qu’un dixième de ce total. Les astrophysiciens supposent qu’elles meurent en explosant violemment en supernovæ. En outre, le spectre de certains types de supernovæ montre une absence d’hydrogène, en accord avec la composition de ces astres. Le lien entre ces étoiles et ce type de supernova semble aujourd’hui confirmé par l’équipe d’A. Gal-Yam.
La stratégie employée consiste à détecter rapidement le début d’une supernova et analyser le rayonnement de la partie la plus externe du vent stellaire émis par l’étoile, avant qu’il ne soit balayé par l’onde de choc de la supernova (on parle de « spectroscopie flash »). Cela nécessite donc d’être particulièrement réactif, ce que permet le dispositif iPTF. Ainsi, le 3 mai 2013, la supernova de type IIb nommée SN 2013cu, située dans la galaxie NGC 9379, à 360 millions d’années-lumière, a été détectée par le télescope de l’Observatoire Palomar à peine plus de cinq heures après le début de l’explosion. A. Gal-Yam a déclenché l’alerte auprès de différents télescopes au sol (l’Observatoire Keck) et dans l’espace (Swift) qui ont alors pointé leurs instruments dans la direction de la supernova pour mesurer le spectre du vent stellaire avant qu’il ne disparaisse. L’onde de choc de la supernova ionise rapidement la matière entourant l’étoile, si bien que les raies du spectre d’émission du vent stellaire sont plus intenses et donc plus faciles à mesurer.
Le spectre du vent stellaire ainsi observé correspond à celui d’une étoile de type Wolf-Rayet. De quoi confirmer que certaines étoiles de ce type finissent en supernovæ de type IIb. En outre, la technique de spectroscopie flash donne des indications sur l’évolution de la température de l’étoile en fin de vie. Et le volume de vent solaire semble augmenter peu de temps avant l’explosion (un an environ). Ces informations permettront d’affiner les modèles, aujourd’hui incomplets, qui décrivent la mort de ce type d’étoiles.
Webb observe le champ ultra profond de Hubble
ESA 2023 04 12
[Description de l’image : Deux images sont affichées côte à côte du même champ de galaxies. A gauche, l’image du télescope spatial Hubble. À droite, l’image du télescope spatial James Webb. Les deux images contiennent des milliers de galaxies de différentes tailles, formes et couleurs.]
Le 11 octobre 2022, le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb a passé plus de 20 heures à observer pour la première fois le champ ultra profond du télescope spatial Hubble de la NASA/ESA. Le programme général d’observation (GO 1963) s’est concentré sur l’analyse du champ dans des longueurs d’onde comprises entre environ 2 et 4 microns. L’image du James Webb a été prise par la caméra en proche infrarouge (NIRCam). La vue de Hubble est présentée à gauche et la vue de Webb est présentée à droite.
L’image Webb observe le champ à des profondeurs comparables à celles de Hubble – révélant des galaxies d’une intensité similaire, mais en seulement un dixième du temps d’observation. Il comprend une lumière de 1,8 micron montrée en bleu, une lumière de 2,1 microns montrée en vert, une lumière de 4,3 microns montrée en jaune, une lumière de 4,6 microns montrée en orange et une lumière de 4,8 microns montrée en rouge (filtres F182M, F210M, F430M, F460M et F480M).
L’image de Hubble a nécessité 800 expositions prises au cours de 400 orbites de Hubble autour de la Terre. La durée totale d’exposition avait été de 11,3 jours, prise entre le 24 septembre 2003 et le 16 janvier 2004.
Remarque : Cet article met en évidence les données de la science Webb en cours, qui n’ont pas encore été soumises au processus d’examen par les pairs.
Traduction : Olivier Sabbagh
NDT : Les deux images sont assez comparables en termes de champ et de profondeur. Ce qui est stupéfiant est que Hubble a réalisé son image en additionnant 800 clichés, représentant 11,3 jours de poses totales sur une durée qui s’est étendue sur 114 jours. En comparaison le James Webb a généré en une vingtaine d’heures (0,83 jour) une image somme toute assez comparable. Là se situe le progrès, car Webb pourra faire énormément plus de choses dans un temps identique.
La double image originale du haut de la page a une définition de 12.976 x 7.181 pixels, soit une image de 93,18 millions de pixels, pesant plus de 36 mégaoctets après avoir été comprimée en jpeg. La photo du haut a été réduite à 1.952 x 1.080 pixels en jpeg.
Webb capture la fusion galactique spectaculaire de Arp 220
ESA 2023 04 18
Description de l’image : Dominant l’image se trouve un objet qui semble être une brillante étoile orange à 6 branches entourée de volutes de gaz orange et d’une nébulosité bleu-violet. En réalité, il s’agit de deux galaxies en collision avec des noyaux fusionnés. La lumière brillante de la formation d’étoiles entourant ces noyaux crée des pointes de diffraction.
Brillant comme un phare lumineux au milieu d’une mer de galaxies, Arp 220 illumine le ciel nocturne dans cette vue du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb. En fait ce sont deux galaxies spirales en train de fusionner, Arp 220 brille le plus dans la lumière infrarouge, ce qui en fait une cible idéale pour Webb. C’est une galaxie infrarouge ultra-lumineuse (ULIRG) avec une luminosité de plus de mille milliards de soleils. En comparaison, notre galaxie, la Voie lactée, a une luminosité beaucoup plus modeste d’environ dix milliards de soleils.
Situé à 250 millions d’années-lumière dans la constellation du Serpent, Arp 220 est le 220e objet de l’Atlas des galaxies particulières de Halton Arp. C’est l’ULIRG le plus proche et le plus brillant des trois fusions galactiques les plus proches de la Terre.
La collision de ces deux galaxies spirales a commencé il y a environ 700 millions d’années. Cela a déclenché une énorme explosion de formation d’étoiles. Environ 200 énormes amas d’étoiles résident dans une région dense et poussiéreuse d’environ 5.000 années-lumière de diamètre (environ 5 % du diamètre de la Voie Lactée). La quantité de gaz dans cette minuscule région est égale à tout le gaz de toute la galaxie de la Voie Lactée.
Les observations précédentes avec des radiotélescopes ont révélé environ 100 restes de supernova dans une zone de moins de 500 années-lumière. Le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA a découvert les noyaux des galaxies mères distantes de 1.200 années-lumière. Chacun des noyaux a un anneau rotatif en forme d’étoile qui projette la lumière infrarouge éblouissante si apparente dans cette vue Webb. Cette lumière éblouissante crée des pics de diffraction – la caractéristique d’étoile qui domine cette image.
À la périphérie de cette fusion, Webb révèle de faibles queues de marée, ou des matériaux extraits des galaxies par gravité, représentés en bleu – preuve de la danse galactique qui se produit. La matière organique représentée en orange rougeâtre apparaît dans les ruisseaux et les filaments à travers Arp 220.
Webb a vu Arp 220 avec sa caméra proche infrarouge (NIRCam) et son instrument infrarouge moyen (MIRI).
Traduction : Olivier Sabbagh
NDT : Mélange de la traduction de Wikipedia en anglais et Wikipedia français : Arp 220 est une galaxie en interaction située dans la constellation du Serpent à environ 245 millions d’années-lumière (~ 75 Mpc) de la Voie Lactée. Il s’agit de la galaxie ultra-lumineuse en infrarouge (ULIRG = Ultra Light InfraRed Galaxy) la plus proche de nous. Elle résulte très probablement de la collision de deux galaxies en train de fusionner en une galaxie unique. Comme de nombreuses galaxies en interaction, cette structure constitue par ailleurs une galaxie à sursauts de formation d’étoiles ainsi qu’une galaxie active.
Arp 220, qui rayonne surtout dans l’infrarouge lointain, est souvent considérée comme l’ULIRG type et a de ce fait été souvent étudiée. L’essentiel de l’énergie qu’elle rayonne serait issue de la formation massive de jeunes étoiles résultant de la fusion de deux galaxies plus petites. Des observations du télescope spatial Hubble réalisées en 1997 et en 2002, dans le spectre visible par l’instrument ACS et dans l’infrarouge avec l’instrument NICMOS, ont mis en évidence plus de 200 amas stellaires au cœur de cette galaxie, certains accumulant une masse de l’ordre de 10 millions de masses solaires.
Les observations réalisées par les télescopes spatiaux Chandra et XMM-Newton dans le domaine des rayons X ont par ailleurs suggéré que Arp 220 possède également un noyau de galaxie active.
Des molécules organiques, la méthanimine H2C=NH et le cyanure d’hydrogène HCN, ont été détectées dans cette galaxie par des astronomes de l’observatoire radio d’Arecibo à Porto Rico (désormais endommagé).
Vue grand angle (2,4 minutes d’arc) d’Arp 220 par le télescope spatial Hubble en 2006
Autre vue grand angle par le télescope spatial Hubble
Des objets lumineux dans l’infrarouge lointain comme Arp 220 ont été trouvés en nombre étonnamment élevé par des relevés du ciel de longueurs d’onde submillimétriques à l’aide d’instruments tels que le Submillimetre Common-User Bolometer Array (SCUBA) au James Clerk Maxwell Telescope (JCMT). Arp 220 et d’autres ULIRG relativement locaux sont étudiés comme équivalents de ce type d’objet.
Arp 220 contient au moins deux sources maser brillantes, un mégamaser OH et un maser à eau.
En octobre 2011, les astronomes ont repéré un record de sept supernovæ, toutes trouvées en même temps à Arp 220.
Autre vue de Arp 220 vue en 2006 par le télescope spatial Hubble
Arp 220 se situe dans le Serpent, précisément dans la Tête du Serpent, proche de la couronne boréale
Webb regarde la ceinture d’astéroïdes de Fomalhaut et trouve beaucoup plus
ESA 2023 05 08
Cette image du disque de débris poussiéreux entourant la jeune étoile Fomalhaut provient de l’innovant instrument à infrarouge moyen (MIRI) de Webb, dont la moitié a été fournie par l’Europe. Il révèle trois ceintures imbriquées s’étendant à 23 milliards de kilomètres de l’étoile. Les ceintures intérieures (qui n’avaient jamais été vues auparavant) ont été révélées par Webb pour la première fois.
Le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et l’observatoire spatial Herschel de l’ESA, ainsi que l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ont déjà pris des images nettes de la ceinture la plus externe. Cependant, aucun d’entre eux n’a trouvé de structure à l’intérieur. Ces ceintures sont très probablement façonnées par les forces gravitationnelles produites par des planètes invisibles.
Description de l’image : un ovale orange s’étend des positions 1 heure à 7 heures. Il comporte un anneau extérieur proéminent, un espace plus sombre, un anneau intermédiaire, un espace sombre plus étroit et un disque intérieur brillant. Au centre se trouve une tache noire irrégulière indiquant un manque de données.
Les astronomes ont utilisé le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb pour imager la poussière chaude autour d’une jeune étoile proche, Fomalhaut, afin d’étudier la première ceinture d’astéroïdes jamais vue en dehors de notre système solaire en lumière infrarouge. Mais à leur grande surprise, ils ont découvert que les structures poussiéreuses sont beaucoup plus complexes que les ceintures d’astéroïdes et de poussière de Kuiper de notre système solaire.
Dans l’ensemble, il y a trois ceintures imbriquées s’étendant jusqu’à 23 milliards de kilomètres de l’étoile (soit 150 fois la distance de la Terre au Soleil). L’échelle de la ceinture la plus externe est environ le double de celle de la ceinture de Kuiper de notre système solaire de petits corps et de poussière froide au-delà de Neptune. Les ceintures intérieures, qui n’avaient jamais été vues auparavant, ont été révélées par Webb pour la première fois.
Cette image du système Fomalhaut montre les flèches de la boussole, la barre d’échelle et la clé de couleur pour référence. Des étiquettes indiquent les différentes structures. À droite, un grand nuage de poussière est mis en évidence et des extraits le montrent dans deux longueurs d’onde infrarouges : 23 et 25,5 microns. Les flèches nord et est de la boussole indiquent l’orientation de l’image sur le ciel. Notez que la relation entre le nord et l’est sur le ciel (vue d’en bas) est inversée par rapport aux flèches de direction sur une carte du sol (vue d’en haut).
La barre d’échelle est libellée en unités astronomiques, soit la distance moyenne entre la Terre et le Soleil : 150 millions de kilomètres. L’anneau extérieur mesure environ 240 unités astronomiques de diamètre. Cette image montre des longueurs d’onde de lumière invisibles dans l’infrarouge moyen qui ont été traduites en couleurs de lumière visible. La clé de couleur et les étiquettes indiquent quels filtres MIRI ont été utilisés lors de la collecte de la lumière.
Description de l’image : une image intitulée James Webb Space Telescope : Fomalhaut. Un ovale orange s’étend des positions 7 heures à 1 heure. Il comporte un anneau extérieur proéminent, un espace plus sombre, un anneau intermédiaire, un espace sombre plus étroit et un disque intérieur brillant. À gauche, une série d’étiquettes avec des lignes indiquent les caractéristiques individuelles. De l’intérieur vers l’extérieur, ce sont : le disque intérieur, l’espace intérieur, la ceinture intermédiaire, l’espace extérieur, l’anneau extérieur et le halo. Dans l’anneau extérieur à environ la position 3 heures, une boîte blanche entoure un amas de matériau étiqueté un grand nuage de poussière. Deux extraits en bas à droite montrent la touffe en bleu, en utilisant des données à 23 microns, et en orange, en utilisant des données à 25,5 microns.
Les ceintures encerclent la jeune étoile chaude, qui peut être vue à l’œil nu comme l’étoile la plus brillante de la constellation méridionale Piscis Austrinus. Les ceintures poussiéreuses sont les débris des collisions de corps plus gros, analogues aux astéroïdes et aux comètes, et sont fréquemment décrites comme des « disques de débris ».
« Je décrirais Fomalhaut comme l’archétype des disques de débris trouvés ailleurs dans notre galaxie, car il a des composants similaires à ceux que nous avons dans notre propre système planétaire », a déclaré András Gáspár de l’Université d’Arizona à Tucson et auteur principal d’un nouvel article décrivant ces résultats. « En examinant les motifs de ces anneaux, nous pouvons en fait commencer à faire un petit croquis de ce à quoi un système planétaire devrait ressembler, si nous pouvions réellement prendre une image suffisamment profonde pour voir les planètes suspectes ».
Le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA et l’observatoire spatial Herschel de l’ESA, ainsi que l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ont déjà pris des images nettes de la ceinture la plus externe. Cependant, aucun d’entre eux n’a trouvé de structure à l’intérieur. Les ceintures intérieures ont été résolues pour la première fois par Webb en lumière infrarouge.
« Là où Webb excelle vraiment, c’est que nous sommes capables de résoudre physiquement la lueur thermique de la poussière dans ces régions intérieures. Ainsi, vous pouvez voir des ceintures intérieures que nous n’aurions jamais pu voir auparavant », a déclaré Schuyler Wolff, un autre membre de l’équipe de l’Université d’Arizona.
Hubble, ALMA et Webb font équipe pour assembler une vue holistique des disques de débris autour d’un certain nombre d’étoiles. « Avec Hubble et ALMA, nous avons pu imager un tas d’analogues de la ceinture de Kuiper, et nous avons beaucoup appris sur la façon dont les disques externes se forment et évoluent », a déclaré Wolff. « Mais nous avons besoin de Webb pour nous permettre d’imager une douzaine de ceintures d’astéroïdes situées ailleurs. Nous pouvons en apprendre autant sur les régions intérieures chaudes de ces disques que Hubble et ALMA nous en ont appris sur les régions extérieures plus froides ».
Ces ceintures sont très probablement façonnées par les forces gravitationnelles produites par des planètes invisibles. De même, à l’intérieur de notre système solaire, Jupiter encercle la ceinture d’astéroïdes, le bord intérieur de la ceinture de Kuiper est sculpté par Neptune, et le bord extérieur pourrait être guidé par des corps encore inconnus au-delà. Au fur et à mesure que Webb imagera plus de systèmes, nous en apprendrons davantage sur les configurations de leurs planètes.
L’anneau de poussière de Fomalhaut a été découvert en 1983 lors d’observations effectuées par le satellite astronomique infrarouge (IRAS) de la NASA. L’existence de l’anneau a également été déduite d’observations antérieures et à plus grande longueur d’onde à l’aide de télescopes submillimétriques à Maunakea, Hawaii, du télescope spatial Spitzer de la NASA et de l’observatoire submillimétrique de Caltech.
« Les ceintures autour de Fomalhaut sont une sorte de roman policier : Où sont les planètes ? », a déclaré George Rieke, un autre membre de l’équipe et responsable scientifique américain de l’instrument innovant Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb, qui a fait ces observations. « Je pense que ce n’est pas un grand saut de dire qu’il y a probablement un système planétaire vraiment intéressant autour de l’étoile ».
« Nous ne nous attendions certainement pas à la structure plus complexe avec la deuxième ceinture intermédiaire, puis la ceinture d’astéroïdes plus large », a ajouté Wolff. « Cette structure est très excitante car chaque fois qu’un astronome voit un trou et des anneaux dans un disque, il dit : Il pourrait y avoir une planète intégrée façonnant les anneaux ! ».
Webb a également imaginé ce que Gáspár appelle « le grand nuage de poussière », ce qui pourrait être la preuve d’une collision se produisant dans l’anneau extérieur entre deux corps protoplanétaires. Il s’agit d’une caractéristique différente de la planète suspecte vue pour la première fois à l’intérieur de l’anneau extérieur par Hubble en 2008. Des observations ultérieures de Hubble ont montré qu’en 2014, l’objet avait disparu. Une interprétation plausible est que cette caractéristique nouvellement découverte, comme la précédente, est un nuage en expansion de très fines particules de poussière provenant de deux corps glacés qui se sont écrasés l’un contre l’autre.
L’idée d’un disque protoplanétaire autour d’une étoile remonte à la fin des années 1700 lorsque les astronomes Emmanuel Kant et Pierre-Simon Laplace ont développé indépendamment la théorie selon laquelle le Soleil et les planètes se sont formés à partir d’un nuage de gaz en rotation qui s’est effondré et aplati sous l’effet de la gravité. Les disques de débris se développent plus tard, suite à la formation des planètes et à la dispersion du gaz primordial dans les systèmes. Ils montrent que de petits corps comme des astéroïdes entrent en collision de manière catastrophique et pulvérisent leurs surfaces en énormes nuages de poussière et autres débris. Les observations de poussière fournissent des indices uniques sur la structure d’un système exoplanétaire, atteignant des planètes de la taille de la Terre et même des astéroïdes, qui sont beaucoup trop petits pour être vus individuellement. «
Ce résultat très excitant met en évidence le pouvoir unique de MIRI d’étudier les structures sculptées par les planètes dans les régions les plus internes des disques circumstellaires », ajoute Gillian Wright, chercheuse principale européenne pour MIRI et directrice du UK Astronomy Technology Centre (UKATC).
Les résultats de l’équipe sont publiés dans la revue Nature Astronomy.
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb trouve de l’eau et un nouveau mystère dans une rare comète de la ceinture principale
ESA 2023 05 15
Le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb a permis une autre percée scientifique longtemps recherchée, cette fois pour les scientifiques du système solaire qui étudient les origines de l’eau qui a rendu la vie sur Terre possible. À l’aide de l’instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb, les astronomes ont confirmé pour la première fois le gaz – en particulier la vapeur d’eau – autour d’une comète dans la ceinture principale d’astéroïdes, prouvant que l’eau du système solaire primordial peut être préservée sous forme de glace dans cette région. Cependant, la détection réussie de l’eau s’accompagne d’un nouveau casse-tête : contrairement aux autres comètes, la comète 238P/Read n’avait pas de dioxyde de carbone détectable.
Cette image de la comète 238P/Read a été capturée par l’instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb le 8 septembre 2022. Elle affiche le halo brumeux, appelé coma, et la queue qui sont caractéristiques des comètes, par opposition aux astéroïdes. La coma et la queue poussiéreuse résultent de la vaporisation des glaces lorsque le Soleil réchauffe le corps principal de la comète. [Description de l’image : au centre d’une image noire, un petit point lumineux et flou brille en blanc, entouré de bleu qui s’éloigne en bas à droite.]
« Notre monde imbibé d’eau, grouillant de vie et unique dans l’univers pour autant que nous le sachions, est quelque chose d’un mystère – nous ne savons pas comment toute cette eau est arrivée ici », a déclaré Stefanie Milam, scientifique adjointe du projet Webb pour Planetary Science et co-auteur de l’étude faisant état de la découverte. « Comprendre l’histoire de la distribution de l’eau dans le système solaire nous aidera à comprendre d’autres systèmes planétaires, et s’ils pourraient être sur le point d’héberger une planète semblable à la Terre », a-t-elle ajouté.
La comète Read est une comète de la ceinture principale – un objet qui réside dans la ceinture d’astéroïdes principale mais qui affiche périodiquement un halo, ou un coma, et une queue comme une comète. Les comètes de la ceinture principale elles-mêmes sont une classification assez nouvelle, et la comète Read était l’une des trois comètes originales utilisées pour établir la catégorie. Avant cela, les comètes étaient censées provenir de la ceinture de Kuiper et du nuage d’Oort, au-delà de l’orbite de Neptune, où leurs glaces pouvaient être préservées plus loin du Soleil. La matière gelée qui se vaporise à l’approche du Soleil est ce qui donne aux comètes leur coma distinctif et leur queue coulante, les différenciant des astéroïdes. Les scientifiques ont longtemps émis l’hypothèse que la glace d’eau pourrait être préservée dans la ceinture d’astéroïdes plus chaude, à l’intérieur de l’orbite de Jupiter, mais la preuve définitive était insaisissable – jusqu’à Webb.
Données spectrales de la comète 238P/Read et de la comète 103P/Hartley 2
Cette présentation graphique des données spectrales met en évidence une similitude et une différence clés entre les observations de la comète 238P/Read par l’instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) sur le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb en 2022 et les observations de la comète 103P/Hartley 2 par la mission Deep Impact de la NASA en 2010. Les deux montrent un pic distinct dans la région du spectre associé à l’eau. Trouver cela dans Comet Read a été une réalisation importante pour Webb, car il appartient à une classe de comètes différente des comètes de la famille Jupiter comme Hartley 2, et c’est la première fois qu’un gaz est confirmé dans une telle comète de la ceinture principale. Cependant, la comète Read n’a pas montré la bosse caractéristique attendue indiquant la présence de dioxyde de carbone.
[Description de l’image : Graphique comparant les données spectrales de la comète 238 P/Read et de la comète 109 P/Hartley 2, mettant en évidence la détection d’eau dans les deux, et l’absence de dioxyde de carbone dans la comète Read.]
“Dans le passé, nous avons vu des objets dans la ceinture principale avec toutes les caractéristiques des comètes, mais ce n’est qu’avec ces données spectrales précises de Webb que nous pouvons dire oui, c’est définitivement la glace d’eau qui crée cet effet”, a expliqué l’astronome Michael Kelley. de l’Université du Maryland, auteur principal de l’étude. “Avec les observations de Webb sur la comète Read, nous pouvons maintenant démontrer que la glace d’eau du système solaire primitif peut être préservée dans la ceinture d’astéroïdes”, a déclaré Kelley. Le dioxyde de carbone manquant était une plus grande surprise. En règle générale, le dioxyde de carbone représente environ 10 % de la matière volatile d’une comète qui peut être facilement vaporisée par la chaleur du Soleil. L’équipe scientifique présente deux explications possibles au manque de dioxyde de carbone. Une possibilité est que la comète Read ait eu du dioxyde de carbone lors de sa formation, mais qu’elle l’ait perdu à cause des températures chaudes.
« Être dans la ceinture d’astéroïdes pendant une longue période pourrait le faire – le dioxyde de carbone se vaporise plus facilement que la glace d’eau et pourrait s’infiltrer pendant des milliards d’années », a déclaré Kelley. Alternativement, a-t-il dit, la comète Read pourrait s’être formée dans une poche particulièrement chaude du système solaire, où aucun dioxyde de carbone n’était disponible. La prochaine étape consiste à mener la recherche au-delà de la comète Read pour voir comment les autres comètes de la ceinture principale se comparent, déclare l’astronome Heidi Hammel de l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA), responsable des observations en temps garanti de Webb pour les objets du système solaire et co- auteur de l’étude. « Ces objets dans la ceinture d’astéroïdes sont petits et faibles, et avec Webb, nous pouvons enfin voir ce qui se passe avec eux et tirer des conclusions. Les autres comètes de la ceinture principale manquent-elles également de dioxyde de carbone ? Quoi qu’il en soit, ce sera excitant de le découvrir », a déclaré Hammel. Le co-auteur Milam imagine les possibilités de rapprocher encore plus la recherche de chez soi. « Maintenant que Webb a confirmé qu’il y a de l’eau préservée aussi près que la ceinture d’astéroïdes, il serait fascinant de suivre cette découverte avec une mission de collecte d’échantillons et d’apprendre ce que les comètes de la ceinture principale peuvent nous dire d’autre ». L’étude est publiée dans la revue Nature.
Plus d’information : L’ESA a une longue histoire d’exploration des comètes, à la fois de loin et de près. En 1986, la mission Giotto de l’Agence a été la première à fournir des images de bonne résolution du noyau d’une comète lorsqu’elle s’est approchée de la comète de Halley. Puis, de 2014 à 2016, Rosetta est devenue la première mission à surveiller l’évolution d’une comète lorsqu’elle tourne autour du Soleil. On pense que les comètes cibles de Giotto et de Rosetta sont autrefois originaires des confins du système solaire, mais qu’elles sont depuis passées à proximité du Soleil à plusieurs reprises. La prochaine mission comète de l’ESA est différente : en raison de son lancement en 2029, Comet Interceptor sera la première à visiter une comète “vierge” lors de son voyage dans le système solaire intérieur pour la première fois. L’un des objectifs ambitieux de Comet Interceptor est d’explorer comment les comètes sont responsables de l’acheminement de l’eau vers la Terre, résultant en un écosystème favorable à la vie.
Traduction : Olivier Sabbagh
Webb s’appaire derrière les barreaux
ESA 2023 06 02
Description de l’image : Une image rapprochée d’une galaxie spirale, montrant son noyau et une partie d’un bras spiral. Des milliers et des milliers de minuscules étoiles qui le composent peuvent être vues, la plupart denses dans une barre blanchâtre qui forme son noyau. Des amas et des filaments de poussière forment une structure presque squelettique qui suit la torsion de la galaxie et son bras en spirale. De grosses bulles rougeoyantes de gaz rouge sont cachées dans la poussière.
Un entrelacs délicat de poussière et d’amas d’étoiles brillantes traverse cette image du télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb. Les brillantes vrilles de gaz et d’étoiles appartiennent à la galaxie spirale barrée NGC 5068, dont la barre centrale brillante est visible en haut à gauche de cette image. NGC 5068 se trouve à environ 17 millions d’années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge.
Ce portrait de NGC 5068 fait partie d’une campagne visant à créer un trésor astronomique, un référentiel d’observations de la formation d’étoiles dans les galaxies voisines. Les joyaux précédents de cette collection peuvent être vus ici et ici. Ces observations sont particulièrement précieuses pour les astronomes pour deux raisons. La première est que la formation des étoiles sous-tend de nombreux domaines de l’astronomie, de la physique du plasma ténu qui se trouve entre les étoiles à l’évolution de galaxies entières. En observant la formation d’étoiles dans les galaxies voisines, les astronomes espèrent lancer des avancées scientifiques majeures avec certaines des premières données disponibles de Webb.
La deuxième raison est que les observations de Webb s’appuient sur d’autres études utilisant des télescopes, notamment le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA et certains des observatoires au sol les plus performants au monde. Webb a collecté des images de 19 galaxies stellaires proches que les astronomes ont ensuite pu combiner avec des catalogues de Hubble de 10.000 amas d’étoiles, une cartographie spectroscopique de 20.000 nébuleuses d’émission stellaires du Very Large Telescope (VLT) et des observations de 12.000 nuages moléculaires sombres et denses, identifiés par l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Ces observations couvrent le spectre électromagnétique et offrent aux astronomes une occasion sans précédent de reconstituer les détails de la formation des étoiles.
Avec sa capacité à scruter à travers le gaz et la poussière enveloppant les étoiles nouvellement nées, Webb est le télescope parfait pour explorer les processus régissant la formation des étoiles. Les étoiles et les systèmes planétaires naissent parmi des nuages tourbillonnants de gaz et de poussière qui sont opaques aux observations en lumière visible, comme beaucoup d’images de Hubble ou du VLT. La vision aiguë aux longueurs d’onde infrarouges de deux des instruments de Webb – MIRI et NIRCam – a permis aux astronomes de voir à travers les gigantesques nuages de poussière dans NGC 5068, et de capturer les processus de formation des étoiles au fur et à mesure qu’ils se produisaient. Cette image combine les capacités de ces deux instruments, offrant un regard vraiment unique sur la composition de NGC 5068.
↑ Image de NGC 5068 par MIRI
↑ Image de NGC 5068 par NIRCam
Traduction : Olivier Sabbagh
Échantillons de galaxies lointaines près du quasar J0100+2802
ESA 2023 06 13
Description de l’image : Six galaxies apparaissent dans les cases. Toutes portent une étiquette EIGER en haut à gauche. Les galaxies ressemblent à de légères taches : de légers coups de pinceau avec des points ou de petits points de lumière. La plupart apparaissent en rose et en rouge, bien que quelques-uns contiennent du violet ou du bleu.
Le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb a renvoyé des images et des spectres extraordinairement détaillés de galaxies qui existaient lorsque l’Univers n’avait que 900 millions d’années.
Ces galaxies semblent plus chaotiques que celles de l’Univers voisin, elles sont agglomérées et souvent allongées. Ces galaxies sont également plus jeunes et forment activement des étoiles. Les étoiles détectées par Webb sont toutes plus massives, ce qui peut conduire à une abondance de supernovæ colorées dans ces galaxies.Une vue du champ plus large autour du quasar J0100+2802 peut être trouvée ici. Ces résultats ont été annoncés par les membres de l’équipe Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization (EIGER). L’équipe disposera éventuellement d’images et de données de six champs, chacun centré sur un quasar, mais la première image de Webb de NIRCam (Near-Infrared Camera) et les données connues sous le nom de spectres sont si détaillées qu’elles pourraient facilement tirer des conclusions définitives sans attendre d’autres observations.
Quasar J0100+2802 (NIRCam image)
Description de l’image : des milliers de minuscules galaxies apparaissent à travers l’étendue noire de l’espace. Les couleurs des galaxies varient. Certaines des plus petites galaxies sont des nuances d’orange et de rose. La plupart des galaxies sont si éloignées qu’elles apparaissent comme des points lumineux uniques. Au centre se trouve un objet rose avec six pointes de diffraction. C’est le Quasar J0100+2802. Il apparaît légèrement plus petit que les étoiles de premier plan, qui apparaissent en bleu.
Il y a plus de 20.000 galaxies dans ce champ. Cette vue du télescope spatial James Webb de la NASA/ESA/CSA se trouve entre les constellations des Poissons et d’Andromède. Les chercheurs utilisant Webb ont ancré leurs observations sur le quasar J0100+2802, un trou noir supermassif actif qui agit comme une balise. Il se trouve au centre de l’image ci-dessus et apparaît minuscule et rose avec six pointes de diffraction proéminentes. Le quasar est si lumineux qu’il agit comme une lampe de poche, éclairant le gaz entre lui et le télescope. L’équipe a analysé 117 galaxies qui existaient toutes environ 900 millions d’années après le big bang – en se concentrant sur 59 qui se trouvent devant le quasar. Les chercheurs ont pu étudier non seulement les galaxies elles-mêmes, mais aussi le gaz illuminé qui les entoure. Ces galaxies existaient juste avant la fin de l’ère de la réionisation, lorsque l’Univers contenait une mosaïque de gaz, certains opaques et d’autres transparents (ou ionisés). Les chercheurs ont longtemps cherché des preuves pour expliquer ce qui s’est passé pendant cette période, lorsque l’Univers a connu des changements spectaculaires. Après le big bang, le gaz dans l’univers était incroyablement chaud et dense. Pendant des centaines de millions d’années, le gaz s’est refroidi. Ensuite, l’Univers a appuyé sur “répéter”. Le gaz est redevenu chaud et ionisé, et transparent. Les résultats de l’équipe définissent plus concrètement les conditions de cet « arrêt » spécifique dans l’histoire de l’Univers. Webb montre que ces régions transparentes existent autour des galaxies. Elles ressemblent beaucoup à des ballons à air chaud, avec des galaxies de la taille de pois qui nettoient cet espace.
Traduction : Olivier Sabbagh
Carte de la constellation des Poissons. Le quasar est situé en haut à gauche, dans la zone située entre la constellation du Triangle et d’Andromède
Webb fait la première détection d’une molécule de carbone cruciale dans un disque de formation de planètes
ESA 2023 06 26
Une équipe internationale de scientifiques a utilisé les données recueillies par le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb pour détecter pour la première fois une molécule [1] connue sous le nom de cation méthyle (CH3+), située dans le disque protoplanétaire entourant une jeune étoile. Ils ont accompli cet exploit grâce à une analyse d’experts interdisciplinaire, comprenant des contributions clés de spectroscopistes de laboratoire.
Cette molécule simple a une propriété unique : elle réagit relativement peu efficacement avec l’élément le plus abondant de notre Univers (l’hydrogène) mais réagit facilement avec d’autres molécules et initie donc la croissance de molécules carbonées plus complexes. La chimie du carbone intéresse particulièrement les astronomes car toute forme de vie connue est basée sur le carbone. Le rôle vital du CH3+ dans la chimie du carbone interstellaire a été prédit dans les années 1970, mais les capacités uniques de Webb ont finalement rendu son observation possible, dans une région de l’espace où des planètes capables d’accueillir la vie pourraient éventuellement se former.
Description de l’image : une image composée de trois panneaux. La plus grande à gauche montre l’image NIRCam d’une nébuleuse avec deux étoiles brillantes. Une boîte asymétrique en haut à droite pointe vers un deuxième panneau à droite, avec une image MIRI de cette zone. Une petite boîte au centre de ce panneau est agrandie dans un troisième panneau ci-dessous, avec une image combinée MIRI et NIRCam zoomée d’une goutte jaune et orange. Ce graphique montre la zone, au centre de la nébuleuse d’Orion, qui a été étudiée par l’équipe. La nébuleuse se trouve à environ 1350 années-lumière de la Terre. La plus grande image, à gauche, provient de l’instrument NIRCam de Webb. Sur la droite, le télescope se concentre sur une zone plus petite, où l’équipe a utilisé l’instrument MIRI de Webb pour approfondir son étude. Un total de dix-huit filtres sur les instruments MIRI et NIRCam ont été utilisés dans ces images, couvrant une gamme de longueurs d’onde allant de 1,4 microns dans le proche infrarouge à 25,5 microns dans l’infrarouge moyen. La couverture détaillée était nécessaire pour que l’équipe étudie la lumière des disques protoplanétaires et analyse les caractéristiques uniques révélées par Webb à l’aide de la spectroscopie de ses instruments MIRI et NIRSpec.
La région capturée ici avec des détails époustouflants par Webb fait partie de la nébuleuse d’Orion connue sous le nom de barre d’Orion. Il s’agit d’un front d’ionisation, où la lumière ultraviolette lointaine énergétique de l’amas du trapèze (situé dans le coin supérieur gauche) interagit avec des nuages moléculaires denses. L’énergie du rayonnement stellaire érode lentement la barre d’Orion, ce qui a un effet profond sur les molécules et la chimie des disques protoplanétaires qui se sont formés ici autour des étoiles naissantes.
Au centre même de la zone MIRI se trouve un système de disque protoplanétaire avec une étoile ionisée (ou proplyde), nommé d203-506. Le retrait en bas à droite affiche une image combinée NIRCam et MIRI de ce jeune système. Sa forme allongée est due à la pression des rayons ultraviolets agressifs qui la frappent. Les premières images claires de proplydes dans la nébuleuse d’Orion ont été obtenues par le télescope spatial Hubble de la NASA/ESA, y compris d203-506. Maintenant, la vision infrarouge étendue de Webb améliore l’image, car l’équipe d’astronomes a pu confirmer que la molécule de cation méthyle est présente dans ce proplyde.
NDT : un proplyde est un disque protoplanétaire ionisé est un disque lumineux externe en photo-évaporation autour d’une jeune étoile. Presque 180 disques protoplanétaires ionisés ont été identifiés dans la nébuleuse d’Orion. Les images de ces disques dans d’autres régions de formation stellaire sont rares, Orion étant la seule région avec un nombre important de disques connus à cause de sa proximité relative à la Terre (OS).
Disques protoplanétaires ionisés dans la nébuleuse d’Orion, par Hubble
Les composés de carbone [2] constituent les fondements de toute vie connue et, en tant que tels, présentent un intérêt particulier pour les scientifiques qui s’efforcent de comprendre à la fois comment la vie s’est développée sur Terre et comment elle pourrait potentiellement se développer ailleurs dans notre Univers. En tant que telle, la chimie organique interstellaire [3] est un domaine de fascination pour les astronomes qui étudient les endroits où de nouvelles étoiles et planètes se forment. Les ions moléculaires [4] contenant du carbone sont particulièrement importants, car ils réagissent avec d’autres petites molécules pour former des composés organiques plus complexes, même à de basses températures interstellaires [5].
Le cation méthyle (CH3+) est l’un de ces ions à base de carbone. Le CH3+ est considéré par les scientifiques comme étant d’une importance particulière depuis les années 1970 et 1980. Cela est dû à une propriété fascinante du CH3+, à savoir qu’il réagit avec un large éventail d’autres molécules. Ce petit cation est suffisamment important pour être considéré comme la pierre angulaire de la chimie organique interstellaire, mais jusqu’à présent, il n’a jamais été détecté. Les propriétés uniques du télescope spatial James Webb en ont fait l’instrument idéal pour rechercher ce cation crucial – et déjà, un groupe de scientifiques internationaux l’a observé avec Webb pour la première fois. Marie-Aline Martin de l’Université Paris-Saclay, France, spectroscopiste et membre de l’équipe scientifique, explique : « Cette détection de CH3+ valide non seulement l’incroyable sensibilité de James Webb, mais confirme également l’importance centrale postulée de CH3+ dans la chimie interstellaire.
Description de l’image : une nébuleuse composée de plusieurs couches de matériau nuageux et coloré. En haut à gauche, la nébuleuse est colorée en vert, rouge et jaune avec une structure de filaments palmés, deux petites étoiles et une région d’espace plus sombre. Un mur de matière épaisse et nuageuse traverse en diagonale, s’étendant vers le bas à droite. Il cède la place à des filaments bleu foncé clairsemés avec des espaces plus sombres dans le coin inférieur. L’image est brumeuse et floue.
Cette image floue est la vue de Webb d’une petite région de la nébuleuse d’Orion, réalisée avec son instrument MIRI. Remplie de gaz et de poussière, la nébuleuse d’Orion est une riche région de formation d’étoiles. Les étoiles nouvellement nées et jeunes émettent un rayonnement ultraviolet dur qui ionise la nébuleuse, l’amenant à émettre de la lumière aux longueurs d’onde infrarouges. MIRI est sensible à l’émission infrarouge moyen à grande longueur d’onde, mettant en évidence les couches de gaz chauds de chaque côté de la barre Orion qui s’étend à travers le centre. La zone capturée ici par MIRI est beaucoup plus petite que la vue NIRCam, mais contient une quantité remarquable de détails, grâce à la sensibilité sans précédent de MIRI à ces longueurs d’onde plus longues.
Cette vue MIRI agrandie de la barre d’Orion contient le jeune poplyde, nommé d203-506, dans lequel l’équipe d’astronomes a recherché des molécules organiques clés. La contribution de MIRI à la vue de d203-506 a été essentielle pour obtenir la plus large gamme de spectres du système, nécessaire pour confirmer leur détection du cation méthyle. En particulier, la molécule a une forte raie spectrale à environ 7 microns, une longueur d’onde qui est impossible à détecter à travers l’atmosphère terrestre, mais avec la spectroscopie intégrée de MIRI, l’équipe a pu confirmer sans ambiguïté la présence du cation méthyle. Cette version de l’image MIRI a été agrandie pour correspondre à l’échelle de l’image NIRCam plus grande.
Le signal CH3+ a été détecté dans le système étoile-disque protoplanétaire (poplyude) [6] connu sous le nom de d203-506, qui est situé à environ 1.350 années-lumière, dans la nébuleuse d’Orion. Alors que l’étoile en d203-506 est une petite étoile naine rouge, avec une masse d’environ un dixième de celle du Soleil, le système est bombardé par un fort rayonnement ultraviolet provenant d’étoiles chaudes, jeunes et massives proches. Les scientifiques pensent que la plupart des disques protoplanétaires formant des planètes traversent une période de rayonnement ultraviolet aussi intense, car les étoiles ont tendance à se former en groupes comprenant souvent des étoiles massives produisant des ultraviolets. De manière fascinante, les preuves des météorites suggèrent que le disque protoplanétaire qui a formé notre système solaire a également été soumis à une grande quantité de rayonnement ultraviolet – émis par un compagnon stellaire de notre Soleil qui est mort depuis longtemps (les étoiles massives brûlent brillamment et meurent beaucoup plus rapidement que les étoiles moins massives). Le facteur confondant dans tout cela est que le rayonnement ultraviolet a longtemps été considéré comme purement destructeur pour la formation de molécules organiques complexes, et pourtant il existe des preuves claires que la seule planète porteuse de vie que nous connaissons est née d’un disque qui a été fortement exposé à celle-ci.
L’équipe qui a effectué cette recherche a peut-être trouvé la solution à cette énigme. Leurs travaux prédisent que la présence de CH3+ est en fait liée au rayonnement ultraviolet, qui fournit la source d’énergie nécessaire à la formation de CH3+. De plus, la période de rayonnement ultraviolet subie par certains disques semble avoir un impact profond sur leur chimie. Par exemple, les observations de Webb de disques protoplanétaires qui ne sont pas soumis à un rayonnement ultraviolet intense provenant d’une source proche montrent une grande abondance d’eau, contrairement à d203-506, où l’équipe n’a pas pu détecter d’eau du tout. L’auteur principal, Olivier Berné de l’Université de Toulouse, France, précise : « Cela montre clairement que le rayonnement ultraviolet peut complètement changer la chimie d’un disque proto-planétaire. Il pourrait en fait jouer un rôle critique dans les premiers stades chimiques des origines de la vie en aidant à produire du CH3+, quelque chose qui a peut-être été sous-estimé auparavant. La nébuleuse d’Orion est étudiée par les astronomes depuis des centaines d’années, et elle est une cible fréquente du télescope spatial Hubble depuis son lancement. Cette comparaison montre la différence frappante entre les vues offertes par un télescope à lumière visible, tel que Hubble, et un télescope infrarouge comme Webb.
Sur la gauche, l’image Hubble, qui a été prise en 2004 et 2005, des bulles de gaz semblent
flotter devant les nuages épais et enfumés de la nébuleuse ↓
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| Sur la gauche, l’image Hubble, qui a été prise en 2004 et 2005, des bulles de gaz semblent flotter devant les nuages épais et enfumés de la nébuleuse. | Dans l’image de Webb à droite, la lumière proche infrarouge est capable de pénétrer la poussière, mais le gaz chauffé émet également sa propre lumière infrarouge, créant une scène colorée avec des filaments et des cavités |
De nombreuses nouvelles étoiles, certaines avec des disques protoplanétaires, sont visibles sur les deux images ci-dessus.
Bien que des recherches publiées dès les années 1970 avaient prédit l’importance du CH3+, il était auparavant pratiquement impossible à détecter. De nombreuses molécules dans les disques protoplanétaires sont observées à l’aide de radiotélescopes. Cependant, pour que cela soit possible, les molécules en question doivent posséder ce que l’on appelle un « moment dipolaire permanent », ce qui signifie que la géométrie de la molécule est telle que sa charge électrique est en permanence déséquilibrée, donnant à la molécule une extrémité positive et une autre négative. CH3+ est symétrique, et donc sa charge est équilibrée, et elle n’a donc pas le moment dipolaire permanent nécessaire pour des observations par des radiotélescopes. Il serait théoriquement possible d’observer des raies spectroscopiques émises par le CH3+ dans l’infrarouge, mais l’atmosphère terrestre les rend essentiellement impossibles à observer depuis la Terre. Il était donc nécessaire d’utiliser un télescope spatial suffisamment sensible pour observer les signaux dans l’infrarouge. Les instruments NIRSpec, qui fait partie de la contribution européenne à Webb, et MIRI, dont la moitié a été apportée par l’Europe, étaient parfaits pour le travail. En fait, une détection de CH3+ était auparavant si insaisissable que lorsque l’équipe a vu le signal pour la première fois dans ses données, elle n’était pas sûre de savoir comment l’identifier. Remarquablement, l’équipe a pu interpréter son résultat en quatre petites semaines, en s’appuyant sur l’expertise d’une équipe internationale aux compétences variées.
La découverte de CH3+ n’a été possible que grâce à une collaboration entre astronomes d’observation, modélisateurs astrochimiques, théoriciens et spectroscopistes expérimentaux, qui a combiné les capacités uniques de JWST dans l’espace avec celles des laboratoires terrestres afin d’étudier et d’interpréter avec succès la composition de notre univers local et son évolution. Marie-Aline Martin ajoute : « Notre découverte n’a été rendue possible que parce que des astronomes, des modélisateurs et des spectroscopistes de laboratoire ont uni leurs forces pour comprendre les caractéristiques uniques observées par James Webb.
Les résultats de l’équipe ont été publiés aujourd’hui dans la revue Nature.
Notes :
[1] Une molécule est une particule composée de deux ou plusieurs atomes liés par des liaisons chimiques.
[2] Un composé est une molécule qui comprend plus d’un élément. Ainsi, tous les composés sont des molécules mais toutes les molécules ne sont pas des composés. Par exemple, la molécule d’hydrogène (H2) est une molécule mais pas un composé, tandis que la molécule d’eau (H2O) est également un composé.
[3] La chimie organique fait référence à la chimie des molécules et composés à base de carbone. Elle peut également être appelée chimie du carbone.
[4] Un ion est un atome ou une molécule qui a une charge électrique globale, due à un excès ou un déficit du nombre d’électrons négatifs par rapport au nombre de protons positifs dans l’ion. Un cation est un ion avec une charge nette positive (donc un déficit d’électrons).
[5] Une molécule organique complexe est une molécule à plusieurs atomes de carbone.
[6] Un disque protoplanétaire est un disque rotatif de gaz et de poussière qui se forme autour de jeunes étoiles et à partir duquel des planètes peuvent finalement se former.
Traduction : Olivier Sabbagh