Les scientifiques étudient l’univers avec des télescopes spatiaux infrarouges depuis 40 ans, y compris ces missions de la NASA, de gauche à droite : le satellite astronomique infrarouge (IRAS), lancé en 1983 ; le télescope spatial Spitzer, lancé en 2003 ; et le télescope spatial James Webb, lancé en 2021. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Le télescope Webb a ouvert une nouvelle fenêtre sur l’univers, mais il s’appuie sur des missions remontant à 40 ans, notamment Spitzer et le satellite astronomique infrarouge.
Le 25 décembre, NASA célébrera le deuxième anniversaire du lancement du télescope spatial James Webb – l’observatoire spatial le plus grand et le plus puissant de l’histoire. La clarté de ses images a inspiré le monde entier, et les scientifiques commencent tout juste à explorer les bienfaits scientifiques qu’elle rapporte.
Le succès de Webb s’appuie sur quatre décennies de télescopes spatiaux qui détectent également la lumière infrarouge (qui est invisible à l’œil nu) – en particulier le travail de deux télescopes retraités de la NASA qui ont célébré de grands anniversaires l’année dernière : janvier a marqué le 40e anniversaire du lancement du Le satellite astronomique infrarouge (IRAS), tandis qu’en août marquait le 20e anniversaire du lancement du télescope spatial Spitzer.
de la NASA Télescope spatial James Webb s’appuie sur quatre décennies de travaux menés par des télescopes spatiaux qui détectent également la lumière infrarouge, en particulier deux autres télescopes retraités de la NASA : le satellite astronomique infrarouge (IRAS) et le télescope spatial Spitzer. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Cet héritage transparaît dans les images de la NASA de Rho Ophiuchi, l’une des régions de formation d’étoiles les plus proches de la Terre. IRAS a été le premier télescope infrarouge jamais lancé en orbite terrestre, au-dessus de l’atmosphère qui bloque la plupart des longueurs d’onde infrarouges. Les épais nuages de gaz et de poussière de Rho Ophiuchi bloquent la lumière visible, mais la vision infrarouge de l’IRAS en a fait le premier observatoire capable de percer ces couches pour révéler des étoiles nouveau-nées nichées au plus profond de l’intérieur.
Vingt ans plus tard, les multiples détecteurs infrarouges de Spitzer ont aidé les astronomes à attribuer des âges plus spécifiques à de nombreuses étoiles de la région, fournissant ainsi un aperçu de l’évolution des jeunes étoiles dans l’univers. La vue infrarouge encore plus détaillée de Webb montre des jets jaillissant de jeunes étoiles, ainsi que des disques de matière qui les entourent – les éléments constitutifs des futurs systèmes planétaires.
Les nuages de gaz et de poussière dans l’espace – comme Rho Ophiuchi, montré ici – émettent principalement de la lumière infrarouge, que l’œil humain ne peut pas détecter. IRAS, le premier télescope infrarouge en orbite terrestre, a photographié la région en 1983 et a révélé des caractéristiques auparavant cachées, notamment de nouvelles étoiles en formation nichées au plus profond de la poussière. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Un autre exemple est Fomalhaut, une étoile entourée d’un disque de débris semblable à notre ceinture d’astéroïdes. Il y a quarante ans, ce disque était l’une des découvertes majeures de l’IRAS car il suggérait aussi fortement la présence d’au moins une planète, à une époque où aucune planète n’avait encore été découverte en dehors du système solaire. Des observations ultérieures de Spitzer ont montré que le disque avait deux sections – une région externe froide et une région interne chaude – et ont révélé davantage de preuves de la présence de planètes.
De nombreux autres télescopes, dont celui de la NASA Le télescope spatial Hubble, ont depuis étudié Fomalhaut, et plus tôt cette année, des images de Webb ont donné aux scientifiques leur vision la plus claire de la structure du disque à ce jour. Il a révélé deux anneaux de roche et de gaz inédits dans le disque interne. La combinaison du travail de générations de télescopes met en valeur l’histoire de Fomalhaut.
Rho Ophiuchi a également été photographiée par le télescope spatial Spitzer de la NASA. Spitzer avait un champ de vision plus large et une meilleure résolution que ses prédécesseurs, fournissant cette image plus détaillée de la région ainsi que plus d’informations sur la formation des étoiles. Crédit : NASA/JPL-Caltech/Harvard-Smithsonian CfA
Enquête visionnaire sur l’astronomie infrarouge
Lorsque l’IRAS a été lancé en 1983, les scientifiques n’étaient pas sûrs de ce que la mission allait révéler. Ils ne pouvaient pas prédire que l’infrarouge serait éventuellement utilisé dans presque tous les domaines de l’astronomie, y compris les études sur l’évolution des galaxies, le cycle de vie des étoiles, la source de poussière cosmique omniprésente, les atmosphères des exoplanètes, les mouvements des astéroïdes et autres. les objets géocroiseurs, et même la nature de l’un des plus grands mystères cosmologiques de l’histoire, l’énergie noire.
L’IRAS a préparé le terrain pour l’Observatoire spatial infrarouge (ISO) dirigé par l’Europe et l’Observatoire spatial Herschel ; le satellite AKARI dirigé par le Japon ; Le Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA et le SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge) aéroporté de l’agence, ainsi que de nombreux observatoires lancés par des ballons.
Le télescope spatial James Webb de la NASA a révélé Rho Ophiuchi comme jamais auparavant, montrant aux astronomes de nouvelles caractéristiques de la région de formation d’étoiles dans cette superbe image de 2023. Webb s’appuie sur l’héritage des télescopes infrarouges comme IRAS et Spitzer. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI)
« La lumière infrarouge est essentielle pour comprendre d’où nous venons et comment nous en sommes arrivés là, à la fois à la plus grande et à la plus petite échelle astrophysique », a déclaré Michael Werner, astrophysicien au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud. Werner, spécialisé dans les observations infrarouges, a été scientifique du projet Spitzer. « Nous utilisons l’infrarouge pour regarder en arrière dans l’espace et le temps, afin de nous aider à comprendre comment l’univers moderne a vu le jour. Et l’infrarouge nous permet d’étudier la formation et l’évolution des étoiles et des planètes, ce qui nous renseigne sur l’histoire de notre propre système solaire.
Vue d’artiste du satellite astronomique infrarouge (IRAS) en orbite. Crédit : NASA/JPL
En route pour Spitzer
Si IRAS était une mission d’exploration, Spitzer a été conçu pour plonger profondément dans l’univers infrarouge. Au cours de sa première année, de nombreuses cibles planétaires de Webb avaient déjà été étudiées avec Spitzer, qui poursuivait un large éventail d’objectifs scientifiques grâce à son large champ de vision et à sa résolution relativement élevée. Au cours de sa mission de 16 ans, Spitzer a découvert de nouvelles merveilles depuis les confins de l’univers (y compris certaines des galaxies les plus lointaines jamais observées à l’époque) jusqu’à notre propre système solaire (comme un nouvel anneau autour de Saturne). Les chercheurs ont également été surpris de constater que le télescope était un outil parfait pour étudier les exoplanètes (planètes situées au-delà de notre système solaire), ce à quoi ils ne s’attendaient pas en le construisant.
Cette image montre une impression d’artiste du télescope spatial Spitzer. L’arrière-plan montre une image infrarouge de Spitzer du plan de la Voie lactée. Crédits : NASA/JPL
« Avec n’importe quel télescope, vous ne prenez pas seulement des données pour le plaisir ; vous posez une question particulière ou une série de questions », a déclaré Sean Carey, ancien directeur du Spitzer Science Center de l’IPAC, un centre de traitement des données et des sciences à Caltech. « Les questions que nous pouvons poser avec Webb sont beaucoup plus complexes et variées grâce aux connaissances que nous avons acquises avec des télescopes comme Spitzer et IRAS. »
Concept artistique du télescope spatial James Webb. Crédit : NASA
Par exemple, Carey a déclaré : « Nous avons étudié les exoplanètes avec Spitzer et Hubble, et nous avons compris ce que vous pouvez faire avec un télescope infrarouge dans ce domaine, quels types de planètes sont les plus intéressants et ce que vous pouvez apprendre à leur sujet. Ainsi, lorsque Webb a été lancé, nous nous sommes lancés dans exoplanète études dès le départ.
La mission SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) de la NASA aidera les astronomes à comprendre à la fois comment notre univers a évolué et à quel point les ingrédients de la vie dans les systèmes planétaires de notre galaxie sont communs. Crédit : Caltech
Webb ouvre également la voie à de futures missions infrarouges. La prochaine mission SPHEREx (Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer) de la NASA ainsi que le prochain observatoire phare de l’agence, le Nancy Grace Roman Space Telescope, continueront d’explorer l’univers dans l’infrarouge.
Concept d’artiste du télescope spatial romain Nancy Grace. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
En savoir plus sur les missions
IRAS était un projet conjoint de la NASA, de l’Agence néerlandaise pour les programmes aérospatiaux et du Conseil de recherche scientifique et technique du Royaume-Uni. La mission a été gérée pour la NASA par le JPL. Caltech à Pasadena gère le JPL pour la NASA.
Le JPL a géré la mission du télescope spatial Spitzer pour la direction des missions scientifiques de la NASA à Washington jusqu’à ce que la mission soit retirée en janvier 2020. Les opérations scientifiques ont été menées au Spitzer Science Center à Caltech. Les opérations des engins spatiaux étaient basées à Lockheed Martin Space à Littleton, Colorado. Les données sont archivées dans les archives scientifiques infrarouges exploitées par l’IPAC à Caltech.
Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sonde les structures mystérieuses et les origines de notre univers et la place que nous y occupons. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l’ESA (Agence spatiale européenne) et CSA (Agence spatiale canadienne).
