Le télescope spatial Webb utilisera la spectroscopie pour étudier la composition des galaxies lointaines

Chemin lumineux du télescope spatial James Webb

Cette animation montre le chemin que suivra la lumière lorsqu’elle frappera le miroir primaire du télescope spatial James Webb (JWST), puis sera réfléchie vers le miroir secondaire, avant de traverser l’assemblage d’optique arrière où se trouvent les miroirs tertiaire et de guidage fin. La lumière est ensuite réfléchie, divisée et dirigée vers les instruments scientifiques par des miroirs de renvoi. Le JWST est un télescope anastigmat à trois miroirs. Crédit : NASA, ESA, et G. Bacon (STScI)

Cette semaine, l’équipe Webb a continué à faire des progrès dans l’alignement du télescope sur le satellite JWST. Instrument NIRCam. Entre la prise de données pour comprendre les composants optiques, nous continuons à vérifier les instruments scientifiques. Le site Instrument NIRSpec comprend un réseau de micro-obturateurs composé d’un quart de million de fenêtres mobiles miniatures, chacune mesurant 0,1 par 0,2 millimètre. Le réseau de micro-obturateurs permet aux scientifiques de cibler des galaxies spécifiques dans les champs qu’ils étudient, tout en fermant les fenêtres sur le fond ou d’autres objets qui contamineraient les spectres. Nous avons commencé à tester le mécanisme et l’électronique qui contrôlent et actionnent les micro-obturateurs.

Ces dernières semaines, nous avons partagé une technique de modélisation théorique de l’univers primitif. Aujourd’hui, nous allons discuter d’un programme d’observation qui nous aidera à répondre à certaines de ces questions. Massimo Stiavelli, responsable du bureau de la mission Webb à l’Institut scientifique du télescope spatial, nous parle de ses investigations prévues sur les premières étoiles et galaxies :

“La composition chimique de l’univers primitif, juste après le big bang, est le produit des processus nucléaires qui ont eu lieu dans les premières minutes de l’existence de l’univers. Ces processus sont connus sous le nom de ‘nucléosynthèse primordiale’. L’une des prédictions de ce modèle est que la composition chimique de l’univers primitif est principalement constituée d’hydrogène et d’hélium. Il n’y avait que des traces d’éléments plus lourds, qui se sont formés plus tard dans les étoiles. Ces prédictions sont compatibles avec les observations, et constituent en fait l’un des principaux éléments de preuve à l’appui du modèle du big bang chaud.

“Les premières étoiles se sont formées à partir de matériaux ayant cette composition primordiale. La découverte de ces étoiles, communément appelées “premières étoiles” ou “étoiles de population III”, constitue une vérification importante de notre modèle cosmologique et est à la portée du James Webb Space Telescope. Webb might not be able to detect individual stars from the beginning of the universe, but it can detect some of the first galaxies containing these stars.

“One way to confirm whether we are finding the first stars is to accurately measure metallicities of very distant galaxies. The astronomical term, metallicity, is a measurement of the amount of material heavier than hydrogen and helium – so a low metallicity galaxy would indicate it was made up of these ‘First Stars.’ One of the most distant galaxies discovered so far, known as MACS1149-JD1, is confirmed to be at redshift 9.1 and emitted the light we see when the universe was only 600 million years old. The light from this distant galaxy has been traveling ever since then and is just reaching us now.

“In the first year of Webb science, I have an observing program to study this galaxy and determine its metallicity. I will do this by attempting to measure the ratio in the strength of two spectroscopic lines emitted by oxygen ions, originally emitted at violet-blue and blue-green visible light (rest frame wavelengths at 4,363 angstroms and 5,007 angstroms). Thanks to cosmological redshift, these lines are now detectable at the infrared wavelengths that Webb can see. The use of a ratio of two lines of the same ion can provide an exquisite measurement of the gas temperature in this galaxy and, through relatively simple theoretical modeling, will provide a robust measurement of its metallicity.

“The challenge is that one of these lines is usually extremely weak. However, this line tends to get stronger at lower metallicity. So if we failed to detect the line and measure metallicity for MACS1149-JD1, that would likely mean that it has already been enriched by the heavier elements, and we need to look further and harder. Whether using my data or with future programs, I fully expect that during its operational lifetime Webb will be able to find objects with metallicity sufficiently low to hold keys for understanding the first generation of stars.”

Massimo Stiavelli, Webb Mission Office head, Space Telescope Science Institute

Written by:

  • Jonathan Gardner, Webb deputy senior project scientist, NASA’s Goddard Space Flight Center
  • Alexandra Lockwood, project scientist for Webb science communications, Space Telescope Science Institute

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