Photo : NASA / Chris Gunn
Le télescope spatial James-Webb (« le Webb », comme on l'appelle communément) est un projet de collaboration international auquel participent la National Aeronautics and Space Administration (NASA), l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne (ASC). Le CNRC a apporté son aide scientifique et technique à l'Agence spatiale canadienne dans cette mission qui devrait changer notre façon de voir l'Univers.
Avec son lancement prévu le 22 décembre 2021, en Guyane française, le Webb révolutionnera la recherche en astronomie et les découvertes qui en découlent grâce à ses capacités uniques. En effet, le télescope permettra d'étudier aussi bien les objets qui gravitent dans notre système solaire que ceux situés très loin, quand l'Univers n'en était qu'à ses débuts. Presque tous les champs de recherche en astronomie s'en ressentiront.
Contribution du CNRC à la part canadienne du Webb
L'ASC chapeaute la participation de notre pays à la construction du nouveau télescope spatial. Le scientifique en chef du projet, l'un des 2 principaux membres de l'équipe scientifique canadienne qui y est rattachée, vient du Conseil national de recherches du Canada (CNRC). Au fil des ans, Chris Willott et John Hutchings, son prédécesseur, ont supervisé le volet scientifique de la conception, de la fabrication et de l'essai de 2 instruments essentiels au télescope, fournis par le Canada. Ainsi, sous leur responsabilité, le Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique du CNRC a contribué à la création et à l'élaboration du détecteur de guidage de précision (FGS), pièce indispensable servant à orienter le télescope et à le stabiliser sur l'objet visé avec l'extrême précision voulue.
Les ingénieurs et les scientifiques du centre de recherche ont aussi prêté main-forte à l'ASC et à ses sous-traitants qui mettaient au point l'imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS), appareil scientifique dont les capacités exceptionnelles permettront d'étudier de nombreux corps célestes, dont les exoplanètes et les galaxies lointaines. Parce qu'il a procuré ces instruments, le Canada aura droit à 5 % du temps d'observation du télescope et à une fraction du temps réservé aux équipes d'instrumentation.
De son côté, le Centre canadien de données astronomiques (CCDA), qui conserve toutes les données transmises par le télescope Hubble depuis son lancement en 1990 afin de les mettre à la disposition des chercheurs du monde entier, en fera autant avec le Webb et aidera les chercheurs canadiens à analyser les données qui émanent du nouveau télescope.
Le CNRC à l'ouvrage dans l'équipe canadienne du télescope James-Webb : les scientifiques en chef
Il faut des décennies pour bâtir un observatoire digne de ce nom de nos jours. Sa planification s'étend parfois sur plusieurs générations. Le CNRC a commencé à contribuer à la création du télescope James-Webb dans les années 1990, quand John Hutchings, agent de recherches principal au Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique à l'époque, et Simon Lilly, ancien directeur général du centre de recherche, n'ont pas ménagé leurs efforts afin que le Canada ne soit pas tenu à l'écart.
- John Hutchings, agent de recherches principal émérite du Centre de recherche Herzberg en astronomie et astrophysique du CNRC et ancien chercheur en chef du FGS, télescope spatial James-Webb
- Chris Willott, agent de recherches principal au Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique et scientifique en chef actuel du projet, télescope spatial James-Webb
John Hutchings, agent de recherches principal émérite du Centre de recherche Herzberg en astronomie et astrophysique du CNRC et ancien chercheur en chef du FGS, télescope spatial James-Webb
John Hutchings est devenu membre de plusieurs groupes de travail initiaux de la NASA chargés de définir le futur nouveau télescope et a participé au groupe de travail sur la science du vol à titre de scientifique canadien attaché au projet jusqu'à la remise du matériel, en 2012. M. Hutchings, d'autres chercheurs et ingénieurs du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique et leurs collègues de l'Université de Montréal ont entretenu des liens très étroits avec l'ASC et ses sous-traitants toute la période durant laquelle le FGS a été conçu puis fabriqué. Parallèlement, il a pris des dispositions afin que d'autres Canadiens se joignent aux équipes travaillant sur les 2 spectrographes destinés au télescope spatial. Grâce aux fonds de l'ASC, il a engagé et encadré 4 Canadiens qui ont rejoint l'équipe responsable du soutien et de l'exploitation du télescope, à Baltimore. En 2012, M. Hutchings a été nommé chercheur émérite du CNRC et, bien qu'il demeure le scientifique en chef de l'équipe canadienne, il a cédé ses fonctions au Webb à Chris Willott.
Chris Willott, agent de recherches principal au Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique et scientifique en chef actuel du projet, télescope spatial James-Webb
Chris Willott a lui aussi occupé de nombreux rôles depuis son arrivée au sein du projet, en 2006. En 2012, il figurait notamment parmi les 2 membres canadiens du groupe de travail scientifique sur le télescope et faisait partie de l'équipe scientifique principale responsable du NIRISS, ce qui l'a amené à superviser l'élaboration des procédures opérationnelles de l'instrument ainsi que son étalonnage en mode « spectroscope sans fente à grand champ ». En 2017, il devenait le chercheur principal de plusieurs projets qui bénéficieront d'un temps d'observation garanti avec le Webb puis, un an plus tard, assumait la responsabilité scientifique du volet canadien du futur télescope. Enfin, en 2019, M. Willott ajoutait à ses fonctions celle de scientifique chargé des archives du télescope James Webb, au CCDA.
Futures recherches du CNRC avec le télescope spatial James-Webb
Les astronomes du CNRC participeront à la fois au temps d'observation assuré, et aussi une foule de projets retenus au terme du concours lancé à l'occasion de la première ronde d'observations générales. En voici quelques-uns, dirigés par des chercheurs principaux du CNRC.
Même s'ils sont pilotés par des chercheurs du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique, les membres de l'équipe qui appuie les projets et sans laquelle ceux-ci n'auraient pu se matérialiser viennent d'Universités et d'institutions de recherche du monde entier. S'y ajoutent d'autres scientifiques du centre, dont Laura Ferrarese, Joel Roediger et Tyrone Woods.
- Comment les galaxies évoluent-elles dans le temps?
- Comment les planètes naissent-elles?
- Pourquoi Pluton n'est-il jamais devenu une planète?
- Comment grandissent les trous noirs supermassifs et les galaxies?
- Quelle influence les trous noirs exercent-ils sur les amas stellaires dans l'amas galactique de la Vierge?
Comment les galaxies évoluent-elles dans le temps?
« L'équipe scientifique canadienne du NIRISS aura droit à 450 heures d'observation la première année, y compris 200 heures pour étudier certaines galaxies primitives et leur formation. Ainsi, le projet CANUCS (acronyme signifiant Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey ou étude non biaisée des amas galactiques avec le NIRISS canadien) analysera le spectre des galaxies de faible masse à divers moments dans l'histoire de l'Univers, dans l'espoir de comprendre comment elles sont devenues ce qu'elles sont aujourd'hui. »
Comment les planètes naissent-elles?
« Le NIRISS canadien du Webb sera l'instrument le plus précis jamais mis à la disposition des astronomes pour imager les exoplanètes durant leur genèse dans le disque protoplanétaire de débris qui encercle la jeune étoile leur servant d'hôte. Grâce à cette étude, on établira un lien fondamental entre les récentes et magnifiques images de pépinières d'étoiles, comme celles obtenues avec l'ALMA par l'étudiant au doctorat Logan Francis, de l'Université de Victoria, et les nombreuses observations d'exoplanètes adultes, de leur atmosphère et de leur météorologie, qu'on prévoit d'effectuer avec le nouveau télescope spatial. Pour que le projet aboutisse, il faudra mettre au point des techniques très complexes de reconstruction d'image, notamment des algorithmes d'apprentissage automatique, ce qui aura sans doute des retombées technologiques, notamment en imagerie médicale et en télédétection. Dori Blakely, étudiant en maîtrise à l'Université de Victoria également, s'est déjà lancé dans cette grande aventure computationnelle et analysera les données issues du Webb dans le cadre de sa thèse. »
Pourquoi Pluton n'est-il jamais devenu une planète?
« La ceinture de Kuiper est le reliquat d'une planète qui n'a jamais vu le jour. Les objets qui la composent portent la marque d'une planète dont la formation s'est interrompue à mi-chemin. Malgré les innombrables découvertes modernes sur les exoplanètes, les astronomes ignorent toujours comment les planètes émergent du nuage primordial de poussière et de gaz. L'assemblage des planètes demeure donc un des grands mystères de l'astronomie contemporaine. Ce projet recourra à la sensibilité extrême du télescope James-Webb pour trouver les objets très ténus dans la ceinture de Kuiper, c'est-à-dire ceux de moins de 5 kilomètres. En comparant leur nombre à celui des objets plus gros, qui nous sont aussi plus familiers, tels Pluton et Éris, on pourra tester les principales théories sur la genèse des planètes et peut-être comprendre pourquoi Pluton n'est jamais devenue une planète. »
Comment grandissent les trous noirs supermassifs et les galaxies?
« Dans quelques-unes des plus jeunes galaxies de l'Univers, les astronomes ont découvert des trous noirs dont la masse dépasse des milliards de fois celle du soleil, ce qui soulève une question : "Comment des objets si massifs ont-ils pu croître aussi vite?" Notre projet nous aidera à trouver une réponse par l'observation des galaxies qui abritent un trou noir supermassif. Détecter ces dernières n'est pas une mince affaire. En effet, la chose est irréalisable avec les télescopes actuels. Les capacités phénoménales du Webb nous permettront d'examiner de telles galaxies pour la toute première fois et procureront aux astronomes de précieux indices sur la façon dont les trous noirs et les galaxies évoluent dans le temps. Les Canadiens devraient être ravis d'apprendre que des astrophysiciens de leur pays seront parmi les premiers à contempler ces galaxies et concourront à élucider les mystères dont sont nimbés les objets les plus loin de l'Univers. »
Quelle influence les trous noirs exercent-ils sur les amas stellaires dans l'amas galactique de la Vierge?
« Un trou noir est l'accumulation la plus dense de matière que l'on connaît dans l'Univers. Son attraction est si grande que ce qui pénètre dans son champ gravitationnel ne peut s'en échapper, pas même la lumière. On divise les trous noirs en 2 catégories, selon leur compacité : les trous noirs stellaires et les trous noirs supermassifs. Bien que l'on en sache énormément sur les 2, les trous noirs de masse intermédiaire demeurent méconnus. Notre projet utilisera le Webb pour recenser les trous noirs de taille moyenne situés au cœur des denses systèmes stellaires qui gravitent dans l'amas galactique voisin de la Vierge. On y parviendra en étudiant le déplacement des étoiles sous l'influence de leur trou noir. Ces nouvelles observations, inédites, révéleront l'empreinte digitale dynamique des trous noirs de masse suffisante, ce qui nous éclairera sur l'origine énigmatique des trous noirs supermassifs dans l'histoire du cosmos. »
Pour en savoir plus sur les recherches, les publications et l'instrumentation en astronomie les plus récentes du CNRC, visitez le site du Centre de recherche Herzberg en astronomie et en astrophysique.
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