Le télescope James Webb, aux premières lueurs de l’aube cosmique

En astronomie, plus on voit loin, plus on voit il y a longtemps. Là où les particules de lumière du Soleil mettent huit minutes pour parvenir à un œil terrestre, la coupole du James Webb ambitionne de capter la lumière des premières galaxies il y a plus de 13,4 milliards d’années. Celles apparues dans l’Univers jeune, moins de 400 millions d’années après le Big Bang.

Mais avec l’expansion, cette lumière parcourt toujours plus de chemin pour atteindre l’observateur, et ce faisant elle « rougit ». Comme le bruit d’un objet qui s’éloigne s’assourdit, l’onde lumineuse s’étire et passe de la fréquence visible à l’œil nu à celle de l’infrarouge.

Hubble, lancé en 1990, a atteint une limite à 13,4 milliards d’années, avec la découverte de la galaxie GN-z11, une petite tache insignifiante mais aussi « une surprise, avec une luminosité qu’on n’escomptait pas à une telle distance », dit l’astrophysicien suisse Pascal Oesch, son « découvreur ».

Le JWST « va fournir des images encore plus précises, avec une sensibilité 100 fois plus grande, qui va nous permettre d’explorer cette époque avec des détails extraordinaires ». Il parie que vont alors se dévoiler « beaucoup, beaucoup plus de galaxies, mais beaucoup moins lumineuses ».

Allumer la lumière

Grâce à sa capacité dans l’infrarouge, James Webb verra non seulement des objets plus anciens, mais aussi les nuages de poussière interstellaire qui absorbent la lumière des étoiles et les cachent au regard de Hubble. Cette « lumière invisible permet de voir ce qui se cache dans les nuages, la naissance des étoiles et des galaxies », explique David Elbaz, astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique français (CEA). Celui-ci est maître d’œuvre de l’imageur Mirim, qui couplé avec le spectrographe MRS de la NASA va étudier ces structures dans l’infrarouge moyen, et pourra aussi « voir la signature des atomes dans les galaxies lointaines », ajoute M. Elbaz.

L’enjeu est de taille : aider à expliquer une étape-clé de l’évolution de l’Univers, celle où, comme le dit Pascal Oesch, on a « allumé la lumière, quand les toutes premières étoiles ont commencé à se former ». Autrement dit, « l’aube cosmique ».

Peu de temps après le flash du Big Bang, l’Univers est entré dans un « âge sombre », un bain de gaz neutre essentiellement composé d’hydrogène et d’hélium, sans lumière. La théorie veut que ce gaz se soit condensé dans des « puits » de matière noire – une mystérieuse substance indétectable, dont l’existence est simplement théorisée – pour y faire naître les premières étoiles. Ces étoiles, qui se multiplieront par un effet boule de neige, vont commencer à ioniser, c’est-à-dire charger électriquement le gaz neutre de l’Univers. Un processus appelé « réionisation », qui va sortir l’Univers de son opacité pour le rendre « transparent ».

Pour autant, « on ne sait pas quand se forment les premières galaxies », fait remarquer l’astrophysicienne Françoise Combes, les simulations situant l’action entre 100 et 200 millions d’années après le Big Bang. « La théorie est que toutes les petites galaxies vont réioniser l’Univers, parce qu’elles sont très nombreuses, et ce qu’on va vérifier avec le James Webb, c’est de voir s’il en existe suffisamment pour cela », explique-t-elle.

Personne n’imagine pour autant observer les premières étoiles. Baptisées étoiles de « population III », ces géantes de peut-être 100 à 1 000 masses solaires, aux températures phénoménales et à la brève durée de vie, vont commencer à ioniser le gaz neutre de l’Univers. Étudier ce phénomène, c’est étudier la formation des galaxies.

L’espoir, c’est de voir « les premières galaxies, qui portent la deuxième génération d’étoiles, ce qui nous apprendra peut-être des choses sur la première », dit Nicole Nesvadba, astronome au laboratoire Lagrange de l’Observatoire de la Côte d’Azur. Avant d’ajouter facétieusement : « Je ne sais pas, demandez-nous dans cinq ans. »

Source : AFP