Réglage de l’orientation du télescope spatial Webb. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA.
Les objectifs scientifiques de Webb couvrent un très large éventail de thèmes, et aborderont de nombreuses questions ouvertes en astronomie. Ils peuvent être divisés en quatre domaines principaux :
Autres mondes
Questions clés : Où et comment les systèmes planétaires se forment-ils et évoluent-ils ?
Grâce à l’évolution rapide du domaine des exoplanète études – planètes au-delà de notre système solaire – Webb sera en mesure de contribuer à des questions clés telles que : la Terre est-elle unique ? Existe-t-il d’autres systèmes planétaires semblables au nôtre ? Sommes-nous seuls dans l’Univers ?
Chronologie des missions d’exoplanètes. Les premières découvertes d’exoplanètes dans les années 1990, par des observatoires terrestres, ont complètement changé notre perspective du système solaire et ont ouvert de nouveaux domaines de recherche qui se poursuivent aujourd’hui. Cette infographie met en évidence les principaux contributeurs spatiaux au domaine, y compris non seulement les missions dédiées aux exoplanètes, mais aussi les missions sensibles aux exoplanètes, passées, présentes et futures. Crédit : ESA
Webb étudiera en détail les atmosphères d’une grande diversité d’exoplanètes. Il recherchera des atmosphères similaires à celle de la Terre et les signatures de substances clés telles que le méthane, l’eau, l’oxygène, le dioxyde de carbone et les molécules organiques complexes, dans l’espoir passionnant de trouver les éléments constitutifs de la vie. De cette façon, Webb complétera l’étude Ariel (Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey) de l’ESA, un télescope spatial qui étudiera de quoi sont faites les exoplanètes, comment elles se sont formées et comment elles évoluent.
Plus près de nous, Webb étudiera également les planètes extérieures de notre propre système solaire. De nombreuses exoplanètes ressemblent à Neptune et UranusL’étude des planètes dans notre propre voisinage solaire peut donc fournir de nouvelles informations pour mieux comprendre la formation des planètes en général.
Le cycle de vie des étoiles
Questions clés : Comment et où se forment les étoiles ? Qu’est-ce qui détermine le nombre d’étoiles qui se forment et leur masse individuelle ? Comment les étoiles meurent-elles et quel est l’impact de leur mort sur le milieu environnant ?
Impression d’artiste de quelques voies d’évolution possibles pour des étoiles de différentes masses initiales. Certaines proto-étoiles, les naines brunes, ne deviennent jamais assez chaudes pour s’enflammer et devenir des étoiles à part entière, et se contentent de se refroidir et de disparaître. Les naines rouges, le type d’étoile le plus courant, continuent de brûler jusqu’à ce qu’elles aient transformé tout leur hydrogène en hélium, devenant ainsi des naines blanches. Les étoiles semblables au soleil se transforment en géantes rouges, avant de laisser échapper leur enveloppe extérieure dans une nébuleuse colorée, tandis que leur cœur s’effondre en naine blanche. Les étoiles les plus massives s’effondrent brusquement une fois qu’elles ont épuisé leur combustible, déclenchant une explosion de supernova ou un sursaut gamma, et laissant derrière elles une étoile à neutrons ou un trou noir. Crédit : ESA
Les étoiles transforment les éléments simples de l’Univers en éléments plus lourds et, grâce aux explosions de supernova, les répandent dans tout le cosmos. Observant dans la partie infrarouge du spectre, Webb sera capable de scruter les enveloppes poussiéreuses autour des étoiles naissantes. Sa superbe sensibilité permettra également aux astronomes d’étudier directement les faibles noyaux protostellaires – les premiers stades de la naissance des étoiles.
Webb étudiera les naines brunes, des objets peu lumineux dont la masse se situe entre celle d’une planète et d’une étoile, mais qui ne sont pas assez massifs pour déclencher des réactions thermonucléaires et devenir des étoiles à part entière. Webb déterminera comment et pourquoi les nuages de poussière et de gaz s’effondrent en étoiles, ou deviennent des planètes géantes gazeuses ou des naines brunes.
Webb verra également les étoiles les plus massives exploser en supernovae et laisser derrière elles d’autres nuages de poussière et de gaz, ainsi que les précieux métaux lourds qui enrichissent le cosmos pour former de nouvelles générations d’étoiles.
L’Univers primitif
Questions clés : A quoi ressemblait l’Univers primitif ? Quand les premières étoiles et galaxies sont-elles apparues ?
Le champ de galaxies ultra profond de Hubble. Une nouvelle étude de l’activité de formation d’étoiles dans 179 des galaxies de cette image, dont beaucoup datent d’il y a environ six milliards d’années, confirme un résultat antérieur déroutant : les galaxies de faible masse ont tendance à former des étoiles à un rythme légèrement plus lent que prévu. Crédit : NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) et l’équipe HUDF.
Pour la première fois dans l’histoire de l’humanité, nous avons la possibilité d’observer directement les premières étoiles et galaxies en formation. La vision infrarouge du télescope Webb en fait une puissante machine à remonter le temps sur plus de 13,5 milliards d’années, dépassant ainsi les limites de l’astronomie.les limites des “champs profonds” de Hubble qui nous montraient les jeunes galaxies lorsqu’elles n’avaient que quelques centaines de millions d’années et étaient petites, compactes et irrégulières. La sensibilité infrarouge de Webb permettra non seulement de remonter plus loin dans le temps, mais aussi de révéler beaucoup plus d’informations sur les étoiles et les galaxies de l’Univers primitif. Alors que Hubble s’intéressait aux galaxies ” en herbe “, Webb verra la phase ” bébé ” !
Les données de Webb répondront également aux questions passionnantes de savoir comment les trous noirs se sont formés et ont grandi très tôt, et quelle influence ils ont eu sur la formation et l’évolution de l’Univers primitif.
Les galaxies au fil du temps
Questions clés : Comment les premières galaxies ont-elles évolué dans le temps ? Que pouvons-nous apprendre sur la matière noire et l’énergie noire ?
Cette illustration résume l’histoire de notre Univers, longue de près de 14 milliards d’années. Elle montre les principaux événements qui se sont produits entre la phase initiale du cosmos, où ses propriétés étaient presque uniformes et ponctuées seulement de minuscules fluctuations, et la riche variété de structures cosmiques que nous observons aujourd’hui : étoiles et galaxies. La série de panneaux sur le côté droit de l’illustration fait un zoom sur la structure cosmique à grande échelle pour révéler d’abord un amas de galaxies, puis une galaxie spirale semblable à notre propre Voie lactée, et enfin, le système solaire. Crédit : ESA – C. Carreau
L’Univers actuel est peuplé de galaxies – des îles cosmiques composées de centaines de milliards d’étoiles. Leurs tailles et leurs formes sont très différentes, ce qui permet de comprendre comment elles se sont formées et ont évolué. Au cours des premiers milliards d’années, l’Univers était très dynamique : les galaxies fusionnaient ou se séparaient, et étaient parsemées d’explosions de supernovas produites par des étoiles massives à courte durée de vie. En opérant à des longueurs d’onde infrarouges, Webb peut observer l’essentiel de la lumière de ces galaxies primordiales et révéler leur naissance d’étoiles enveloppées de poussière et leurs trous noirs absorbant la matière.
Webb fera également la lumière sur la matière noire, la matière qui remplit le cosmos mais qui n’est pas directement visible. Webb complétera ainsi l’expérience de l’ESA dans ce domaine. Euclide de l’ESA qui cartographiera la géométrie de l’Univers et qui est spécifiquement conçue pour étudier l’énergie sombre, la force qui se cache derrière l’accélération de l’expansion de l’Univers, et la matière sombre.
