Lorsque la lumière voyage dans l’espace, elle s’étend en raison de l’expansion de l’univers.C’est pourquoi la plupart des objets les plus éloignés brillent dans l’infrarouge, dont la longueur d’onde est plus longue que la lumière visible.Nous ne pouvons pas voir cette lumière ancienne à l'œil nu, mais le télescope spatial James Webb (JWST) est conçu pour la capturer, révélant ainsi certaines des premières galaxies jamais formées.
Masquage d'ouverture : un masque perforémétalLa plaque bloque une partie de la lumière entrant dans le télescope, lui permettant d'imiter un interféromètre qui combine les données de plusieurs télescopes pour atteindre une résolution plus élevée qu'une seule lentille.Cette méthode fait ressortir plus de détails sur les objets très lumineux proches les uns des autres, comme deux étoiles proches dans le ciel.
Micro Gate Array : Une grille de 248 000 petites portes peut être ouverte ou fermée pour mesurer le spectre – la propagation de la lumière jusqu’aux longueurs d’onde qui la constituent – ​​en 100 points dans une image.
Spectromètre : un réseau ou un prisme sépare la lumière incidente en un spectre pour afficher l'intensité des longueurs d'onde individuelles.
Caméras : JWST dispose de trois caméras : deux qui capturent la lumière dans les longueurs d'onde du proche infrarouge et une qui capture la lumière dans les longueurs d'onde de l'infrarouge moyen.
Unité de terrain intégrée : la caméra et le spectromètre combinés capturent une image ainsi que le spectre de chaque pixel, montrant comment la lumière change dans le champ de vision.
Coronagraphes : l'éblouissement des étoiles brillantes peut bloquer la faible lumière des planètes et des disques de débris en orbite autour de ces étoiles.Les coronographes sont des cercles opaques qui bloquent la lumière brillante des étoiles et laissent passer les signaux les plus faibles.
Capteur de guidage fin (FGS)/Imageur proche infrarouge et spectromètre sans fente (NIRISS) : Le FGS est une caméra de pointage qui aide à orienter le télescope dans la bonne direction.Il est fourni avec NIRISS qui dispose d'une caméra et d'un spectromètre capables de capturer des images et des spectres proches du infrarouge.
Spectromètre proche infrarouge (NIRSpec) : ce spectromètre spécialisé peut acquérir simultanément 100 spectres via un ensemble de microobturateurs.Il s’agit du premier instrument spatial capable d’effectuer une analyse spectrale d’autant d’objets simultanément.
Caméra proche infrarouge (NIRCam) : seul instrument proche infrarouge doté d'un coronographe, NIRCam sera un outil clé pour étudier les exoplanètes dont la lumière serait autrement obscurcie par l'éblouissement des étoiles proches.Il capturera des images et des spectres haute résolution dans le proche infrarouge.
Instrument infrarouge moyen (MIRI) : Cette combinaison caméra/spectrographe est le seul instrument du JWST capable de voir la lumière infrarouge moyenne émise par des objets plus froids tels que des disques de débris autour des étoiles et des galaxies très lointaines.
Les scientifiques ont dû procéder à des ajustements pour transformer les données brutes du JWST en quelque chose que l'œil humain peut apprécier, mais ses images sont « réelles », a déclaré Alyssa Pagan, ingénieure en vision scientifique au Space Telescope Science Institute.« Est-ce vraiment ce que nous verrions si nous étions là-bas ?La réponse est non, car nos yeux ne sont pas conçus pour voir dans l’infrarouge et les télescopes sont beaucoup plus sensibles à la lumière que nos yeux.Le champ de vision élargi du télescope nous permet de voir ces objets cosmiques de manière plus réaliste que nos yeux relativement limités ne le peuvent.JWST peut prendre des photos en utilisant jusqu'à 27 filtres qui capturent différentes plages du spectre infrarouge.Les scientifiques isolent d'abord la plage dynamique la plus utile pour une image donnée et mettent à l'échelle les valeurs de luminosité pour révéler autant de détails que possible.Ils ont ensuite attribué à chaque filtre infrarouge une couleur dans le spectre visible : les longueurs d’onde les plus courtes sont devenues bleues, tandis que les longueurs d’onde les plus longues sont devenues vertes et rouges.Assemblez-les et vous vous retrouvez avec les paramètres normaux de balance des blancs, de contraste et de couleur que tout photographe est susceptible de faire.
Alors que les images en couleur sont fascinantes, de nombreuses découvertes passionnantes sont faites une longueur d'onde à la fois.Ici, l'instrument NIRSpec montre diverses caractéristiques de la nébuleuse de la Tarentule à travers diversesfiltres.Par exemple, l’hydrogène atomique (bleu) rayonne des longueurs d’onde depuis l’étoile centrale et ses bulles environnantes.Entre eux se trouvent des traces d'hydrogène moléculaire (vert) et d'hydrocarbures complexes (rouge).Les preuves suggèrent que l'amas d'étoiles dans le coin inférieur droit du cadre souffle de la poussière et du gaz vers l'étoile centrale.
Cet article a été initialement publié dans Scientific American 327, 6, 42-45 (décembre 2022) sous le titre « Behind the Pictures ».
Jen Christiansen est rédactrice graphique senior chez Scientific American.Suivez Christiansen sur Twitter @ChristiansenJen
est rédacteur en chef pour l'espace et la physique chez Scientific American.Elle est titulaire d'un baccalauréat en astronomie et physique de l'Université Wesleyan et d'une maîtrise en journalisme scientifique de l'Université de Californie à Santa Cruz.Suivez Moskowitz sur Twitter @ClaraMoskowitz.Photo gracieuseté de Nick Higgins.
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