Le télescope spatial James Webb (souvent appelé Webb) est le télescope scientifique spatial le plus grand, le plus puissant et le plus complexe au monde jamais construit. Et devine quoi? Il a détecté ce que l’on pense être un nouvelle supernova environ 3 à 4 milliards d’années-lumière au cours de sa première semaine de fonctionnement.
C’est un gros problème car Webb n’a pas été spécifiquement conçu pour rechercher de nouvelles supernovae – et elles sont vraiment difficiles à détecter. Mais le télescope a regardé exactement dans la bonne direction au bon moment. Décomposons la découverte en commençant par les bases.
Qu’est-ce qu’une supernova ?
La moitié “super” du nom est évidente – elle est vraiment grande et impressionnante – et la moitié nova signifie “nouveau”. De notre point de vue sur Terre, une nouvelle supernova ressemble à un éclaircissement soudain et de courte durée si intense qu’il ressemble à une nouvelle étoile en cours de création.
Mais la supernova ne se produit pas lors de la naissance d’une étoile. Non, tout le contraire. Une supernova représente l’auto-explosion d’une étoile vers la fin de son évolution. Cela peut être soit les derniers instants de la vie d’une étoile massive alors qu’elle manque de carburant – l’explosion d’une étoile mourante – ou le résultat d’une étoile accumulant de la matière d’un voisin proche jusqu’à ce qu’une réaction nucléaire galopante se déclenche.
Une supernova se produit lorsqu’une étoile massive explose et s’effondre en un étoile à neutrons ou un trou noir. Au fur et à mesure que l’étoile manque de carburant, la pression chute et la gravité provoque l’effondrement de l’étoile vers l’intérieur. Les couches externes rebondissent alors lors de l’effondrement et explosent violemment. Cette explosion libère d’énormes quantités de débris et de particules.
Les supernovae sont l’un des événements les plus brillants de tout le cosmos. À son maximum de luminosité, une supernova peut être aussi lumineuse qu’une galaxie entière. Mais les nouvelles supernovae sont des événements relativement rares, se produisant en moyenne environ une fois tous les 50 ans dans la Voie lactée.
Comment les astronomes trouvent-ils les supernovae ?
Normalement, les astronomes trouvent de nouvelles supernovae en utilisant un télescope qui effectue des relevés en parcourant de larges pans du ciel. Mais les gens les trouvent depuis au moins 185 après JC, la plus ancienne apparition d’une supernova enregistrée par l’humanité.
En l’an 1054, avant les télescopes, les astronomes chinois ont enregistré une supernova dans le Nébuleuse du Crabe c’était si brillant qu’ils pouvaient même le voir pendant la journée. Les scientifiques l’étudient encore aujourd’hui. Une autre supernova, Supernova de Keplera été découverte en 1604. La supernova de Kepler est la plus récente supernova découverte dans notre galaxie, la Voie lactée, et elle a été observée à l’œil nu.
Depuis le développement du télescope en 1608, le domaine de la découverte des supernovas s’est élargi. En 1933, un l’équipe de Caltech a utilisé un télescope de 45 cm à l’Observatoire du Palomar pour découvrir 12 nouvelles supernovae en trois ans. Ils l’ont fait en comparant de nouvelles plaques photographiques à des images de référence de régions extragalactiques.
En utilisant la technique de comparaison, les télescopes terrestres qui recherchent généralement des supernovae prennent des images des mêmes vastes zones du ciel toutes les quelques nuits. Un logiciel de traitement de données compare chaque nouvelle image avec les images précédentes de la même zone, en recherchant tout ce qui aurait pu changer. Dans les années 1960, les astronomes ont commencé à utiliser des recherches contrôlées par ordinateur pour découvrir encore plus de supernovae, et dans les années 1990, plusieurs programmes automatisés ont recherché des supernovae dans le ciel. Même les astronomes amateurs ont utilisé la technique de comparaison pour découvrir de nouvelles supernovae.
Ces dernières années, des supernovae ont été détectées en recherchant des émissions de neutrinos, et les restes de supernovae pourraient être trouvés en recherchant des rayons gamma provenant de la désintégration du titane-44. Le 21 mai 2008, les astronomes ont pu attraper un supernova devant la caméra pour la première fois juste au moment où il explosait. Ils regardaient une galaxie à 88 millions d’années-lumière de la Terre lorsqu’ils ont remarqué par hasard une rafale de rayons X.
Une variété de télescopes ont été pointés dans cette direction juste à temps pour la capturer.
La caméra infrarouge de Webb
Le télescope Webb a été conçu pour examiner de très près de petites zones profondes de l’univers afin de trouver des détails dans une zone aussi petite qu’un grain de sable – et non pour balayer le ciel à la recherche de nouvelles supernovae. Les astronomes prévoyaient d’utiliser Webb pour observer la lumière des premières étoiles et galaxies qui se sont formées dans l’univers dans les cent millions d’années qui ont suivi le Big Bang. C’est pourquoi la découverte immédiate d’une supernova a été une telle surprise. Les astronomes ont eu une chance extraordinaire de tomber sur une supernova au moment parfait où elle a explosé.
L’imageur principal de Webb utilise un Caméra proche infrarouge (NIRCam) qui a été conçu pour se concentrer avec une résolution sans précédent sur la plage de longueurs d’onde du proche infrarouge et du moyen infrarouge de 0,6 à 5 microns, qui est en dehors de la plage visible. Ces longueurs d’onde sont importantes pour regarder à travers le gaz et la poussière afin de voir des objets distants qui seraient autrement cachés.
Contrairement aux longueurs d’onde courtes et étroites de la lumière visible, les longueurs d’onde plus longues de la lumière infrarouge pénètrent dans les nuages moléculaires denses de poussière qui bloquent la majeure partie de la lumière visible. Pour cette raison, la poussière est transparente dans ces longueurs d’onde infrarouges, ce qui signifie que les étoiles et les planètes en cours de formation seront clairement visibles avec Webb.
La dernière trouvaille
Quelques jours seulement après le début de ses opérations scientifiques, L’instrument NIRCam de Webb a repéré un objet lumineux inattendu, qui s’est atténué sur une période de cinq jours. C’est le comportement classique d’une supernova et cela suggère qu’il pourrait s’agir d’une supernova capturée par pure chance. L’objet a été découvert dans une galaxie située entre 3 et 4 milliards d’années-lumière de la Terre, ce qui signifie que les astronomes voient une explosion qui s’est produite il y a plus de 3 milliards d’années.
L’équipe Webb a utilisé un logiciel pour comparer les nouvelles observations avec des images de la même galaxie prises par le télescope spatial Hubble en 2011 pour montrer que cet objet brillant était en effet nouveau. Les scientifiques sont prudents et veulent être plus sûrs avant de confirmer que ce que Webb a vu était vraiment une supernova, ils continueront donc à collecter des données de séries chronologiques.
Que peut faire d’autre le télescope spatial James Webb ?
Étant donné que les astronomes ont pu détecter un événement aussi spécial au cours de la première semaine d’opérations, cela signifie-t-il que Webb pourrait repérer régulièrement des supernovae ? Chacune des images de champ profond de Webb comprend des centaines de galaxies représentant des centaines d’opportunités de repérer une supernova. De plus, la vue en profondeur de Webb pourrait faciliter le suivi des conséquences d’une supernova. Les astronomes pourraient observer comment la lumière de la supernova s’estompe au fil du temps ou mesurer ses spectres pour révéler quels éléments chimiques composent l’étoile mère qui a explosé.
Webb a été conçu pour voir les premières galaxies qui s’est formé dans l’univers au cours des 100 premiers millions d’années après le Big Bang. Imaginez ce que les scientifiques pourraient apprendre si Webb était capable de capturer l’agonie de l’une des premières générations d’étoiles géantes de l’univers. Ces premières étoiles – constituées presque entièrement d’hydrogène et d’hélium – auraient été massives, environ 200 à 300 fois la masse de notre soleil. Ils auraient brûlé chaud et rapide et explosé en une énorme supernova.
Alors que Webb poursuit ses enquêtes sur l’univers primitif, il est sûr de réécrire tous les manuels et de changer fondamentalement notre compréhension de l’univers.
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