L’aube d’une nouvelle ère en astronomie a commencé alors que le monde découvre pour la première fois les capacités phénoménales du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA mis en œuvre en partenariat avec l’ESA (Agence spatiale européenne) et l’ASC (Agence spatiale canadienne).

Les premières images et données spectroscopiques du télescope ont été diffusées lors d’une émission télévisée à 14h30 UTC le mardi 12 juillet 2022, depuis le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Ces images ont été sélectionnées par un comité international. Parmi lesquelles, il y a la fameuse image du champ profond du JWST. En effet, le télescope spatial James Webb a fourni l’image infrarouge la plus profonde et la plus nette et détaillée de l’univers lointain à ce jour. Affectueusement connu sous le nom de premier champ profond de Webb, il s’agit de l’amas de galaxies SMACS 0723-73 situé à 4,6 milliards d’années-lumière et qui regorge de milliers de galaxies.

© : NASA, ESA, CSA, STScI

Cette image est une intégration d’expositions séparées acquises à l’aide de l’instrument NIRCam. Mais signalons d’abord que les couleurs ne sont pas réelles dans le sens où la lumière de ces galaxies n’est détectable que dans l’infrarouge vu quelles sont extrêmement lointaines.

Plusieurs filtres ont été utilisés pour échantillonner de larges gammes de longueurs d’onde. La couleur résulte de l’attribution de différentes (teintes) à chaque image monochromatique associée à un filtre individuel. Ainsi, les couleurs attribuées sont selon le filtre utilisé : Rouge (F444W), Orange (F356W), Vert (F200W + F277W), et Bleu (F090W + F150W).

© : NASA, ESA, CSA, STScI

Au final, l’image du champ profond du JWST totalise 12,5 heures d’exposition et atteigne des profondeurs à des longueurs d’onde infrarouges au-delà des champs les plus profonds du télescope spatial Hubble (HST). Le choix de l’amas SMACS 0723 comme cible n’est pas aléatoire. En effet, cet amas a déjà été photographié par le HST en 1996. Le but était d’avoir un référentiel pour effectuer entre autre une comparaison entre les deux télescopes.

Le constat est sans appel entre les deux images. Celle du HST a nécessité presque 264 heures comme exposition totale pour un résultat de moins bonne qualité par rapport à celle du JWST qui compte seulement 12,5 heures au compteur !

Le premier champ profond du JWST montre de nombreux objets qui se chevauchent à différentes distances : des étoiles au premier plan, un amas de galaxies au centre de l’image, et des galaxies d’arrière-plan déformées derrière l’amas de galaxies.

Des milliers d’autres (petites) galaxies apparaissent éparpillées sur l’image où certaines ont des nuances oranges alors que d’autres sont blanches.

Devant les galaxies se trouvent plusieurs étoiles du premier plan appartenant à notre galaxie. La plupart apparaissent en bleu avec des pics de diffraction formant d’étoiles à huit branches. Au centre de l’image, la masse combinée de l’amas de galaxies SMACS 0723 agit comme une lentille gravitationnelle grossissant des galaxies plus éloignées en arrière-plan. Ce sont des images de galaxies d’arrière-plan qui ont été étirées et déformé par la gravitation engendrée par l’amas de galaxies du premier-plan.

Crop sur la région centrale du champ profond de JWST

Regardons tout d’abord les galaxies auxquelles l’effet de lentille est attribuable : la galaxie elliptique blanche brillante au centre et les (petites) galaxies blanches aux alentours forment un amas de galaxies liées entre elles par la gravité. Elles font dévier la lumière des galaxies qui se trouvent derrière elles et situés plus loin dans les confins de l’Univers. La masse combinée des galaxies et de la matière noire de l’amas agit comme un télescope cosmique, ce qui crée des images agrandies, déformées et parfois réfléchies (effet de miroir) des galaxies individuelles.

Des exemples évidents de l’effet de miroir dans le champ profond de Webb sont les remarquables arcs orange visibles à gauche et à droite de la galaxie la plus brillante de l’amas. La lumière de ces galaxies subit l’effet de la lentille gravitationnelle.

On voit chaque galaxie deux fois dans un arc.

Les objets rouges dans ce champ enveloppés d’épaisses couches de poussière pourraient bien être des galaxies lointaines voir même des étoiles, mais des recherches sont nécessaires pour identifier pleinement chaque objet dans l’image infrarouge moyen.

 Les galaxies les plus éloignées de cette image (celles situées loin derrière l’amas) ne ressemblent en rien aux galaxies spirales et elliptiques observées dans l’Univers local. Elles sont beaucoup moins homogènes et régulières.

Cette image très détaillée de Webb pourrait aider les chercheurs à déterminer l’âge et la masse des amas stellaires dans ces galaxies lointaines, ce qui pourrait mener à des modèles plus précis des galaxies qui existaient au début de l’Univers. Et ce n’est que le début puisque les chercheurs continueront à utiliser le JWST pour prendre des expositions encore plus longues pour révéler davantage notre vaste univers.