Le télescope spatial le plus puissant jamais construit remontera le temps jusqu’aux âges sombres de l’univers › Geeky News

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Le poste a contribué à l’article de Space.com’s Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Chris Impey, professeur émérite d’astronomie à l’Université d’Arizona

Certains ont appelé le télescope spatial James Webb de la NASA le « télescope qui a mangé l’astronomie ». C’est le télescope spatial le plus puissant jamais construit et une pièce complexe d’origami mécanique qui a repoussé les limites de l’ingénierie humaine. Le 18 décembre 2021, après des années de retards et des milliards de dollars de dépassements de coûts, le télescope devrait entrer en orbite et inaugurer la prochaine ère de l’astronomie.

Je suis astronome avec une spécialité en cosmologie observationnelle. J’étudie les galaxies lointaines depuis 30 ans. Certaines des plus grandes questions sans réponse sur l’univers concernent ses premières années juste après le Big Bang. Quand se sont formées les premières étoiles et galaxies ? Qu’est-ce qui est arrivé en premier et pourquoi ? Je suis incroyablement excité que les astronomes puissent bientôt découvrir l’histoire de la naissance des galaxies, car James Webb a été spécialement conçu pour répondre à ces questions.

L' »âge des ténèbres » de l’univers

D’excellentes preuves montrent que l’univers a commencé avec un événement appelé Big Bang il y a 13,8 milliards d’années, qui l’a laissé dans un état ultra-chaud et ultra-dense. L’univers a commencé à s’étendre immédiatement après le Big Bang, en se refroidissant. Une seconde après le Big Bang, l’univers avait un diamètre de cent mille milliards de kilomètres avec une température moyenne incroyable de 18 milliards de degrés Fahrenheit (10 milliards de milliards de degrés Celsius). Environ 400 000 ans après le Big Bang, l’univers avait 10 millions d’années-lumière de diamètre et la température s’était refroidie à 5 500 degrés F (3 000 degrés C). Si quelqu’un avait été là pour le voir à ce stade, l’univers aurait brillé d’un rouge terne comme une lampe chauffante géante.

Pendant tout ce temps, l’espace était rempli d’une soupe onctueuse de particules de haute énergie, de rayonnement, d’hydrogène et d’hélium. Il n’y avait pas de structure. Au fur et à mesure que l’univers en expansion devenait plus grand et plus froid, la soupe s’éclaircissait et tout devenait noir. Ce fut le début de ce que les astronomes appellent « l’âge des ténèbres » de l’univers.

La soupe de l’âge des ténèbres n’était pas parfaitement uniforme et en raison de la gravité, de petites zones de gaz ont commencé à s’agglomérer et à devenir plus denses. L’univers lisse est devenu volumineux et ces petits amas de gaz plus dense étaient les graines de la formation éventuelle d’étoiles, de galaxies et de tout le reste de l’univers.

Bien qu’il n’y ait rien à voir, l’âge sombre était une phase importante dans l’évolution de l’univers.

La lumière de l’univers primitif est dans la longueur d’onde infrarouge, c’est-à-dire plus longue que la lumière rouge, lorsqu’elle atteint la Terre. (Crédit image : Inductiveload / NASA via Wikimedia Commons, CC BY-SA)

À la recherche de la première lumière

Les âges sombres ont pris fin lorsque la gravité a formé les premières étoiles et galaxies qui ont finalement commencé à émettre la première lumière. Bien que les astronomes ne sachent pas quand la première lumière s’est produite, la meilleure hypothèse est qu’elle s’est produite plusieurs centaines de millions d’années après le Big Bang. Les astronomes ne savent pas non plus si les étoiles ou les galaxies se sont formées en premier.

Les théories actuelles basées sur la structure de la gravité dans un univers dominé par la matière noire suggèrent que les petits objets, tels que les étoiles et les amas d’étoiles, se sont probablement formés en premier, puis sont devenus des galaxies naines, puis des galaxies plus grandes comme la Voie lactée. Ces premières étoiles de l’univers étaient des objets extrêmes par rapport aux étoiles d’aujourd’hui. Ils étaient un million de fois plus brillants, mais leur vie était très courte. Ils brûlaient très fort et à leur mort, ils laissèrent des trous noirs jusqu’à cent fois la masse du soleil, qui auraient pu servir de germe à la formation de galaxies.

Les astronomes aimeraient étudier cette ère fascinante et importante de l’univers, mais détecter la première lumière est incroyablement difficile. Comparés aux galaxies massives et brillantes d’aujourd’hui, les premiers objets étaient très petits et, en raison de l’univers en constante expansion, ils se trouvent maintenant à des dizaines de milliards d’années-lumière de la Terre. De plus, les premières étoiles étaient entourées par le gaz qui restait de leur formation et ce gaz agissait comme un brouillard qui absorbait la plus grande partie de la lumière. Il a fallu plusieurs centaines de millions d’années pour que le rayonnement dissipe le brouillard. Cette lumière précoce est très faible lorsqu’elle atteint la Terre.

Mais ce n’est pas le seul défi.

Au fur et à mesure que l’univers s’étend, il étend continuellement la longueur d’onde de la lumière qui le traverse. C’est ce qu’on appelle le décalage vers le rouge car il change la lumière des longueurs d’onde plus courtes, telles que la lumière bleue ou blanche, en des longueurs d’onde plus longues, telles que la lumière rouge ou infrarouge. Bien que ce ne soit pas une analogie parfaite, cela ressemble à la façon dont, lorsqu’une voiture vous dépasse, la hauteur de tout son diminue sensiblement.

Lorsque la lumière émise par une étoile ou une galaxie primitive il y a 13 milliards d’années atteint n’importe quel télescope sur Terre, elle a été étirée d’un facteur 10 par l’expansion de l’univers. Il arrive sous forme de lumière infrarouge, ce qui signifie qu’il a une longueur d’onde plus longue que la lumière rouge. Pour voir la première lumière, vous devez rechercher la lumière infrarouge.

Le télescope comme machine à remonter le temps

Entrez dans le télescope spatial James Webb.

Les télescopes sont comme des machines à remonter le temps. Si un objet se trouve à 10 000 années-lumière, cela signifie qu’il faut 10 000 ans pour que la lumière atteigne la Terre. Ainsi, plus les astronomes regardent loin dans l’espace, plus ils remontent dans le temps.

Le télescope spatial James Webb a été spécialement conçu pour détecter les plus anciennes galaxies de l’univers. (Crédit image : NASA / Desiree Stover, CC BY)

Les ingénieurs ont optimisé James Webb pour détecter spécifiquement la faible lumière infrarouge des premières étoiles ou galaxies. Par rapport au télescope spatial Hubble, James Webb a un champ de vision 15 fois plus large dans son appareil photo, collecte six fois plus de lumière et ses capteurs sont réglés pour être plus sensibles à la lumière infrarouge.

La stratégie sera de regarder longuement une partie du ciel, en collectant autant de lumière et d’informations que possible des galaxies les plus anciennes et les plus éloignées. Avec ces données, il est possible de répondre quand et comment le Moyen Âge s’est terminé, mais il y a bien d’autres découvertes importantes à faire. Par exemple, démêler cette histoire peut également aider à expliquer la nature de la matière noire, la forme mystérieuse de la matière qui constitue environ 80% de la masse de l’univers.

James Webb est la mission la plus difficile techniquement que la NASA ait jamais tentée. Mais je pense que les questions scientifiques auxquelles vous pouvez aider à répondre vaudront chaque once d’effort. Moi et d’autres astronomes attendons avec impatience que les données commencent à revenir dans le courant de 2022.

Cet article a été republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.

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