Après Hubble, place au James Webb Space Telescope !

Par Gaëlle Degrez / Publié le 20 décembre 2017

Souvent présenté comme le successeur de Hubble, le James Webb Space Telescope (ou JWST) dont le lancement est programmé au printemps 2019 sera le plus grand télescope jamais envoyé dans l’espace. Après une sélection sévère, ses premières cibles d’observation ont été dévoilées. Sur la centaine de programmes proposés par des chercheurs du monde entier, seuls 13 ont été retenus. L’un d’entre eux sera mené par une collaboration impliquant des chercheurs de l’IAS (UPSud/CNRS).

Le JWST, grâce à son miroir de diamètre de 6,5 mètres et ses instruments de pointe opérant dans l’infrarouge, devrait offrir une résolution et une sensibilité inégalées dans ces longueurs d’onde. Six mois après le lancement, les astronomes du monde entier auront immédiatement accès aux données issues des tous premiers programmes d’observations qui seront effectués. Pour utiliser au mieux les capacités du télescope rapidement, la communauté scientifique internationale devait proposer dès le départ des programmes de recherche innovants qui exploitent efficacement les capacités de l’observatoire.

Ces programmes dits « Early release science program» viennent d’être sélectionnés par le Space Telescope Science Institute (STScI) qui gère pour le compte de la NASA les opérations scientifiques du JWST. Sur la centaine de propositions déposées par la communauté scientifique, treize ont été sélectionnées. Elles mettront en évidence le potentiel des quatre instruments scientifiques embarqués en couvrant des thématiques aussi variées que l’étude des galaxies les plus lointaines, des exoplanètes, de Jupiter et de ses lunes, ou encore, la recherche de molécules organiques autour des étoiles.

Mieux comprendre les processus physiques en jeu dans la formation des étoiles et de leurs systèmes planétaires

Radiative Feedback from Massive Stars as Traced by Multiband Imaging and Spectroscopic (ou Imagerie et spectroscopie des phénomènes de rétroaction des étoiles massives) est le nom d’un des programmes sélectionnés, qui est mené conjointement par l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (IRAP, CNRS/Université de Toulouse III Paul Sabatier), l’Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, CNRS/Université Paris-Sud) et l’Université de Western Ontario (Canada). Il associe également d’autres laboratoires français* et des équipes de 18 autres pays. La sélection de ce programme dans un contexte international extrêmement compétitif s’avère être une grande réussite pour notre communauté scientifique.  

 Ce programme vise à observer des régions de notre Galaxie situées à l’interface entre les nuages denses, où naissent les étoiles et les régions diffuses et ionisées. Siège d’intenses processus physico-chimiques, ces interfaces émettent un rayonnement, de spectre extrêmement riche, et à l’origine d’une grande partie de l’émission infrarouge de la Galaxie. Ces régions constituent ainsi des laboratoires uniques pour l’étude des multiples processus microphysiques dans les galaxies encore incompris et qui mènent en particulier à la formation des étoiles et de leurs systèmes planétaires. 

 Par ses observations dans le domaine infrarouge moyen, il révolutionnera notre compréhension de l’Univers. Auparavant, les observations n’offraient qu’une vue très globale (résultant d'une combinaison complexe de processus physiques, chimiques et dynamiques).


Zoom sur une région d’interface, appelée aussi « Photo-Dissociation Regions". a) Image de la galaxie (M81): étoiles massives (bleu), lumière dans le domaine visible des régions ionisées (vert) et émission des PDRs (rouge). b) Schéma d'une région de formation d'étoiles (à une distance de 2 kpc). c) Zoom sur l'une des nombreuses PDR, montrant la transition complexe entre le nuage moléculaire et la région ionisée. Les données de gaz moléculaire ALMA de la barre d'Orion sont insérées à une résolution de 1 arcsec. L'encart montre un modèle de la structure physique de la PDR. La longueur de pénétration des photons FUV correspond à quelques arcsec. La représentation des lobes des satellites infrarouges antérieurs (ISO-SWS, Spitzer-IRS) et du JWST-MIRI illustre le gain en résolution angulaire apporté par le JWST.

 Une précision encore jamais atteinte

 Bientôt, le JWST observera ces régions d’interface avec une précision jusque-là jamais atteinte. Sa résolution angulaire, sa sensibilité hors norme permettront de les cartographier à très petite échelle spatiale. Au travers des différentes frontières physiques et chimiques, nous aurons accès aux conditions physiques d’un milieu hyper-structuré (avec des filaments entremêlés et des « globules »), et à la composition chimique des espèces présentes. Ainsi, le JWST offrira un regard inédit sur l’évolution de la matière interstellaire, et les relations de causalité entre les étoiles existantes et la formation d’étoiles en cours.

Ce programme s’appuie sur les compétences développées à l’IAS depuis sa création avec le soutien du CNRS, de l’Université Paris-Sud et du CNES : la mise en oeuvre d’instruments spatiaux à grandes longueurs d’onde (ISOCAM, Planck, PILOT), la station d’étalonnage, les opérations des instruments en vol et le traitement des données au sein du centre IDOC, l’analyse des données, la modélisation astrophysique, et les analyses en laboratoire de matériaux extraterrestres et d’analogues de la poussière interstellaire. Le laboratoire collabore sur ces sujets avec de nombreux partenaires au sein de l’Université Paris-Saclay et du Labex P2IO (DAp/AIM, CSNSM, IPNO).

Contact : Emilie Habart – emilie.habart@ias.u-psud.fr

* CSNSM (CNRS/Univ. Paris-Sud), DAp/AIM (CEA Saclay), IAP (CNRS/UPMC), IPAG (CNRS/Univ. Grenoble), IPNO (CNRS/Univ. Paris Sud), IRAM, ISM (CNRS/Univ. Bordeaux), ISMO (CNRS/Univ. Paris-Sud), LATMOS (CNRS/UPMC/Univ. Versailles), LERMA (ENS/Observatoire de Paris)

Des chercheurs de l’IAS sont en outre très fortement impliqués dans la conception et le développement de MIRI l'un des quatre instruments en cours de construction pour le télescope Webb. MIRI est l'instrument infrarouge moyen pour le télescope spatial James Webb et fournit des images, la coronographie et spectroscopie intégrale de champ dans la gamme 5-28 microns de longueur d'onde. Il est développé en partenariat entre l'Europe et les Etats-Unis - les principaux partenaires sont l'ESA, un consortium d'instituts européens financés au niveau national, le Jet Propulsion Laboratory (JPL) et le Goddard Space Flight Center de la NASA (GSFC).

Dernière modification le 22 décembre 2017