Comment le télescope spatial James Webb créera des images de l’univers antique

En décembre 1995, Le télescope spatial Hubble a passé 10 jours consécutifs à scruter une petite région du ciel.

Avec plus de 100 heures de temps d’exposition et 342 expositions séparées, le télescope a capturé l’une de ses images les plus célèbres et les plus importantes : une image de l’espace lointain qui a révélé près de 3 000 galaxies anciennes remontant au premier univers.

Le Northern Deep Field de Hubble a été une réalisation majeure dans la photographie de l’espace lointain. Depuis, les choses se sont améliorées.

Avec le récent lancement de Télescope spatial James Webbe (JWST), les astronomes pourront explorer des régions cachées de l’espace. JWST est conçu pour détecter la lumière en dehors de la plage visible, produisant des images des objets les plus faibles et les plus éloignés. Mais cela présente ses propres défis : comment cela représente-t-il ce que l’œil humain ne peut pas voir ? Comment transformer plusieurs instantanés en une image cohérente ?

Alors que nous prévoyons de publier les premières images JWST cet été, inverse parler avec Jonathan McDowell, astrophysicien au Center for Astrophysics et au Chandra X-ray Center qui a beaucoup travaillé dans Observatoire de rayons X Chandra une tâche.

Chandra, lancé en 1999, regarde l’univers en rayons X, ce qui est loin de ce que nos yeux peuvent voir, mais c’est là que des choses comme les trous noirs et d’autres objets hautement énergétiques brillent. Comme Chandra, JWST regardera l’univers à des longueurs d’onde au-delà de ce que l’œil humain peut voir. Dans le cas de JWST, c’est l’infrarouge, qui montre les objets chauds. Bien que les longueurs d’onde soient très éloignées, elles présentent des défis similaires dans la prise de ces données et la création d’une image scientifiquement utile – et qui peut être manipulée pour être présentée au public.

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McDowell nous a aidés à analyser comment une image spatiale a été capturée, développée et traitée pour produire le résultat étonnant que nous voyons.

Hubble Deep Field North a été la première de nombreuses images du ciel profond à montrer d’innombrables galaxies. Nasa

Étape 1 : pointez le télescope

Le premier corps céleste photographié était la Lune.

En 1840, le physicien britannique John William Draper a capturé la surface de la Lune depuis son observatoire de surface à l’Université de New York. La Lune n’est qu’à 238 855 milles de la Terre. Mais aujourd’hui, les télescopes spatiaux sont capables de prendre des photos d’objets à des millions d’années-lumière.

« La première chose que vous devez faire est de pointer le télescope dans la bonne direction », explique McDowell. inverse.

Cela seul peut être trompeur car les télescopes spatiaux suivent une certaine orbite et voyagent à grande vitesse. Afin de savoir dans quelle direction pointer, les astronomes doivent d’abord savoir où ils se trouvent actuellement.

Il existe de petits télescopes auxiliaires qui prennent des photos des étoiles, et en utilisant ces informations sur l’endroit où se trouvent les étoiles familières, ils peuvent ensuite déterminer dans quelle direction elles pointent actuellement dans le ciel.

Ensuite, en utilisant les coordonnées de l’objet cible, les astronomes pointent le télescope dans sa direction.

Étape 2 : Étalonnage

Avant que le télescope ne capture l’image, beaucoup de temps est consacré à l’étalonnage. Lorsque la caméra est calibrée, explique McDowell, qui a travaillé à l’observatoire à rayons X Chandra qui photographie certains des phénomènes les plus énergétiques de l’univers, il existe des bases de référence importantes.

« Nous passons parfois la moitié de notre temps à prendre des photos de choses que nous connaissons déjà », explique McDowell. « Nous prendrons des photos pour vérifier la sensibilité de l’appareil photo, nous assurer que la géométrie de l’appareil photo est correcte ou prendre une photo de la constellation où vous savez à quelle distance sont les étoiles et qui vous indique l’échelle d’une image. »

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Différentes longueurs d’onde permettent aux scientifiques de voir différentes parties de l’univers, révélant les détails complexes du gaz chaud provenant d’une explosion de supernova.

Si les télescopes n’avaient vu l’univers qu’en lumière visible, cette lumière a de courtes longueurs d’onde, ce qui signifie qu’elle est plus susceptible de rebondir sur les particules environnantes et de se disperser. Mais lors de l’observation de l’univers en lumière infrarouge, les longueurs d’onde plus longues se frayent un chemin plus efficace à travers le gaz et la poussière et permettent aux astronomes d’en chercher davantage dans l’univers.

Étape 3 : Snap !

Après avoir pointé correctement le télescope dans la bonne direction, la lumière tombe dans le télescope et sur la caméra. La technologie des caméras télescopiques est similaire à celle que l’on trouve dans nos téléphones ou dans les appareils photo numériques, selon McDowell.

« La lumière tombe sur la caméra, et si la lumière est plus rouge, elle a plus d’énergie », explique McDowell. « Et il prend des images rouges, vertes et bleues séparées, puis les combine pour créer une image en couleur. »

Un exemple d’image composée de 7 filtres large bande allant de l’UV (gauche) à l’infrarouge (droite)qui – qui

Au lieu d’utiliser une caméra conventionnelle à cette fin, Hubble enregistre les photons de lumière entrants à travers un Charger l’appareil sur le côté (Convention sur la lutte contre la désertification).

Le CCD ne mesure pas la couleur de la lumière entrante, mais les télescopes ont des filtres qui peuvent être appliqués pour ne laisser entrer qu’une certaine plage ou couleur de la longueur d’onde de la lumière. Hubble prendra ensuite des photos du même objet à travers différents filtres, qui seront combinés pour créer une image complète.

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Étape 4 : Modifier

Pour préparer une image satellite pour le grand public, les astronomes doivent effectuer un certain traitement. La plupart des objets dans l’espace émettent des couleurs trop pâles pour être vues par l’œil humain. Parfois, les scientifiques doivent attribuer des couleurs à des filtres qui ne peuvent pas être vus par l’œil humain.

Pour une image Hubble de Nébuleuse de l’oeil de chatDans cette étude, les scientifiques ont cartographié le rayonnement rouge, bleu et vert des atomes d’hydrogène, des atomes d’oxygène et des ions d’azote, dont aucun n’apparaît dans le spectre visible. À notre avis, la différence entre les trois types de rayonnement était trois longueurs d’onde étroites de rouge qui ne peuvent être distinguées à l’œil humain.

Cette image du télescope spatial Hubble montre l’une des nébuleuses planétaires les plus complexes jamais vues, la nébuleuse de l’œil de chat, dont l’âge est estimé à 1 000 ans.JP Harrington et KJ Borkowski (Université du Maryland), NASA/ESA

Étape 5 : Donnez-lui un contexte

Une image satellite sans aucune donnée n’est qu’une image. Mais les scientifiques utilisent ces images pour recueillir des données sur les objets cosmiques.

« Donc, vous avez maintenant un cadre qui n’est qu’une image, mais sans contexte », explique McDowell. « Vous devez appliquer l’endroit où pointait le vaisseau spatial, sa taille et les corrections que vous devez apporter à la sensibilité des données en fonction peut-être d’aujourd’hui, lorsque la caméra est un degré plus froide qu’hier. »

Ceci est fait pour fournir un contexte pour l’image que vous voyez.

« Toutes ces informations contextuelles doivent être appliquées pour vous donner une image scientifiquement utile plutôt que n’importe quelle image », explique McDowell.

« Ce n’est pas seulement une jolie image », ajoute-t-il. « C’est une belle image à partir de laquelle vous pouvez mesurer des nombres. »

Jacinthe Poulin

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