La prochaine génération de scientifiques reprend le télescope spatial James Webb

Sofia Rojas Il prenait son petit-déjeuner avec sa famille lorsque l’e-mail tant attendu est enfin arrivé dans sa boîte de réception.

Le bureau de la mission scientifique du télescope spatial James Webb de la NASA a indiqué qu’il avait eu 18 heures pour saisir le télescope.

“Je suis devenu fou”, a déclaré Rojas, doctorant à l’Institut Max Planck d’astronomie à Heidelberg, en Allemagne. “J’ai sauté. Et ma famille n’a pas compris.”

La confusion était compréhensible. C’était en mars 2021 et Webb n’avait même pas encore commencé.

Mais le télescope infrarouge était quelque chose de spécial au sol, avec une impressionnante gamme de miroirs hexagonaux plaqués or. L’instrument de 10 milliards de dollars a été construit pour collecter la lumière la plus faible émise par les étoiles et les galaxies les plus anciennes.

Rojas prévoit d’étudier comment les galaxies primordiales se sont propagées dans le ciel et si une substance mystérieuse appelée matière noire pourrait aider à façonner l’univers naissant. Lui et son équipe dirigeront Webb vers des points aléatoires dans le ciel et verront ce qu’ils peuvent trouver.

Au total, 1 172 propositions d’observation ont été soumises au Space Telescope Science Institute (STScI), qui exploite le nouveau télescope. Selon Christina Chen, astronome au STScI, 286 projets ont été sélectionnés pour la première année de travail, dont 25 portés par des doctorants.

Six fois plus grand et 100 fois plus puissant que le télescope spatial Hubble, la capacité de Webb à observer la lumière infrarouge, à repérer la poussière interstellaire et à détecter les longueurs d’onde étirées par l’univers en expansion invisible à l’œil humain.

Rojas savait que ces compétences feraient du temps du télescope une denrée rare. Accepter son offre “est un peu surréaliste”, a-t-il dit, “surtout depuis que je fais mon doctorat”.

Sofía Rojas se tient au-dessus d’un receveur au Very Big Array au Nouveau-Mexique.

(Avec l’aimable autorisation de Sofia Rojas)

Rohan Naidu espérait utiliser Webb pour ses recherches doctorales au Harvard Center for Astrophysics à Cambridge, Massachusetts. Elle a commencé son programme de maîtrise en 2017 et s’attendait à avoir accès aux données d’observation, “mais ensuite il y a eu un gros, gros retard”, a-t-il déclaré.

Il n’était pas le premier. Lorsque la NASA a sélectionné le maître d’œuvre pour construire le télescope en 2003, la date de lancement prévue a été fixée à 2010. Il a été retardé plusieurs fois avant de finalement décoller de la Guyane française le 25 décembre 2021.

Il était trop tard pour la thèse de Naidu, qui a fini par explorer l’histoire de la Voie lactée et comment elle a brisé d’autres galaxies et les a absorbées pour atteindre sa taille actuelle. Mais maintenant que Webb est au travail, il pourrait revoir son plan initial pour étudier comment les premières galaxies se sont formées des centaines de millions d’années après le Big Bang. Il prévoit d’étudier une partie particulière du ciel où la galaxie semble être abondante.

Webb nous dira “quand les premières lumières se sont allumées dans l’espace”.

Faire de la science spatiale coûte cher. Pour accepter la proposition, les scientifiques doivent convaincre les gardiens de Webb que son travail ne peut pas être fait avec des télescopes au sol.

Aliza Beverage, étudiante diplômée de l’UC Berkeley, a passé plusieurs semaines à exécuter des simulations pour montrer que les observations qu’elle voulait faire étaient d’anciennes galaxies trop faibles pour que la lumière puisse les pénétrer. Atmosphère terrestre – Les télescopes de l’observatoire WM Keck à Hawaï n’ont pas réussi à offrir la meilleure alternative suivante.

il en était de même pour Gourav KhullarLui et son équipe ont passé plusieurs nuits blanches à rédiger une proposition réussie d’utilisation du télescope Webb pendant 20 heures complètes.

Khullar, qui a récemment terminé son doctorat à l’Université de Chicago, vise à déterminer l’âge des premières galaxies en examinant de quoi elles sont constituées. L’un des instruments de Webb, un spectrographe proche infrarouge, divise la lumière pour détecter des traces d’éléments plus courants dans les galaxies plus anciennes.

“Il n’y a pas d’autre outil que nous puissions utiliser pour étudier spectralement ces premières galaxies”, a déclaré Khullar, qui poursuivra ses travaux en tant que boursière postdoctorale à l’Université de Pittsburgh.

Sa cible est une galaxie appelée COOL J1241 + 2219, qui semble croître beaucoup plus rapidement que les autres galaxies du jeune univers.

Aliza Beverage se tient devant un grand télescope dans un observatoire en plein air

Aliza Beverage, doctorante à UC Berkeley, au NOIRLab Cerro Tololo Inter-American Observatory au Chili.

(Avec l’aimable autorisation d’Alize Beverage)

Beverage, d’autre part, étudie pourquoi certaines galaxies semblaient s’éteindre à cette époque.

“Si nous regardons plus de 10 milliards d’années en arrière, nous voyons des galaxies qui sont mortes – elles ne fabriquent plus d’étoiles”, a-t-il déclaré. “Ils doivent évoluer. Il y a suffisamment de gaz à proximité pour qu’ils puissent former des étoiles, mais ce n’est pas le cas. Et c’est un grand mystère.”

L’accès aux données de Webb n’est en aucun cas privilégié, même si le temps d’observation n’est accordé qu’à certains groupes d’astronomes. Une série de projets scientifiques préliminaires aideront la communauté astronomique à comprendre le processus d’observation du télescope et les techniques d’analyse des données, et les données qu’ils produiront seront rendues publiques.

Kedar Phadkeest impliqué dans un tel projet en tant qu’étudiant diplômé à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. Il cible quatre galaxies, “deux très poussiéreuses et deux sans poussière et déjà observées par le télescope spatial Hubble”. Les observations de ces deux derniers sont utilisées pour calibrer les performances de Webb, tandis que les galaxies poussiéreuses servent de test pour déterminer dans quelle mesure sa vision infrarouge peut voir la poussière.

Kedar Phadke parle dans le microphone tout en regardant l'écran vidéo

Kedar Phadke fait une présentation sur le télescope spatial James Webb lors de la réunion d’astronomie d’Urbana-Champaign. Phadke utilisera le télescope pour étudier quatre galaxies.

(Joaquín Vieira)

Bien que Webb puisse voir des objets à des milliards d’années-lumière, il ne peut voir qu’une petite partie du ciel à la fois. L’administrateur de la NASA, Bill Nelson, a comparé cela à l’observation d’un grain de sable tenu par une main tendue.

COSMOS-Webb vise à étendre la vision de Webb. Sur une période de 208 heures, le projet imagera un morceau de ciel appelé COSMOS, trois fois la taille de la pleine lune.

Les résultats seront publiés sous forme de catalogue pour d’autres astronomes, un projet parrainé par Olivia Cooper, étudiante à l’Université du Texas à Austin. Il a dit qu’il s’attend à ce que les images COSMOS de Webb “soulèvent des questions que nous n’avons pas encore”, ce qui est passionnant.

Il y a beaucoup de science pour Cooper et d’autres à espérer, et pour longtemps encore. Webb a atteint son objectif d’environ un million de kilomètres de la Terre avec une correction de trajectoire minimale, économisant suffisamment de carburant pour prolonger sa mission au-delà des 10 ans qu’il avait initialement espérés.

Beverage a déclaré que ses conseillers faisaient partie d’une génération d’astronomes dont la carrière s’est épanouie avec la découverte du télescope spatial Hubble.

“Je me sens appartenir à la génération qui sera identifiée par le télescope spatial James Webb”, a-t-il déclaré.

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