Les scientifiques utiliseront le télescope spatial James Webb de la NASA pour étudier des sections du ciel précédemment observées par les grands observatoires de la NASA, y compris le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer, comprendre la création des premières galaxies et étoiles de l'univers.

Après son lancement et sa mise en service complète, les scientifiques prévoient de concentrer le télescope Webb sur des sections du champ ultra-profond de Hubble (HUDF) et du Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). Ces sections du ciel font partie de la liste des cibles de Webb choisies par les observateurs à temps garanti, scientifiques qui ont aidé à développer le télescope et ainsi être parmi les premiers à l'utiliser pour observer l'univers. Le groupe de scientifiques utilisera principalement l'instrument infrarouge moyen de Webb (MIRI) pour examiner une section de HUDF, et la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam) pour imager une partie de GOODS.

"En mélangeant [les données de] ces instruments, nous obtiendrons des informations sur le taux de formation d'étoiles actuel, mais nous aurons également des informations sur l'histoire de la formation des étoiles, " a expliqué Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen, un astronome à l'Institut danois de recherche spatiale au Danemark et le chercheur principal pour les observations proposées.

Pablo Pérez-Gonzalez, professeur d'astrophysique à l'Université Complutense de Madrid en Espagne et l'un des nombreux co-chercheurs sur l'observation proposée par Nørgaard-Nielsen, ont déclaré qu'ils utiliseraient Webb pour observer environ 40 % de la zone HUDF avec MIRI, à peu près au même endroit que les télescopes au sol comme l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) et le Very Large Telescope array (VLT) ont obtenu des données de champ ultra-profond.

L'image emblématique HUDF montre environ 10, 000 galaxies dans une infime partie du ciel, équivalent à la quantité de ciel que vous verriez à l'œil nu si vous le regardiez à travers une paille à soda. Beaucoup de ces galaxies sont très faibles, plus d'un milliard de fois plus faible que ce que l'œil humain peut voir, les marquant comme certaines des plus anciennes galaxies de l'univers visible.

Avec ses puissants instruments spectrographiques, Webb verra beaucoup plus de détails que l'imagerie seule peut en fournir. La spectroscopie mesure le spectre de la lumière, que les scientifiques analysent pour déterminer les propriétés physiques de ce qui est observé, y compris la température, Masse, et composition chimique. Pérez-González a expliqué que cela permettra aux scientifiques d'étudier comment les gaz se sont transformés en étoiles dans les premières galaxies, et de mieux comprendre les premières phases de la formation des trous noirs supermassifs, y compris comment ces trous noirs affectent la formation de leur galaxie d'origine. Les astronomes pensent que le centre de presque toutes les galaxies contient un trou noir supermassif, et que ces trous noirs sont liés à la formation galactique.

MIRI peut observer dans la gamme de longueurs d'onde infrarouges de 5 à 28 microns. Pérez-González a déclaré qu'ils utiliseraient l'instrument pour observer une section de HUDF en 5,6 microns, dont Spitzer est capable, mais que Webb pourra voir des objets 250 fois plus faibles et avec une résolution spatiale huit fois supérieure. Dans ce cas, la résolution spatiale est la capacité d'un télescope optique, comme Webb, pour voir les moindres détails d'un objet.

Pérez-González a déclaré dans la zone de HUDF qu'ils observeraient, Hubble a pu en voir environ 4, 000 galaxies. Il a ajouté que, avec Webb, ils "détecteront environ 2, 000 à 2, 500 galaxies, mais dans une bande spectrale complètement différente, tant de galaxies seront très différentes de celles que [Hubble] a détectées."

Avec NIRCam, l'équipe observera un morceau de la région GOODS près de la section sélectionnée de HUDF. L'ensemble du champ de l'enquête GOODS comprend des observations de Hubble, Spitzer, et plusieurs autres observatoires spatiaux.

"Ces images NIRCam seront prises en trois bandes, et ils seront les plus profonds obtenus par toute équipe d'observation à temps garanti, " a expliqué Pérez-González.

NIRCam peut observer dans la plage de longueur d'onde infrarouge de 0,6 à 5 microns. Pérez-González a expliqué qu'ils l'utiliseront pour observer une section de PRODUITS dans la bande de 1,15 micron, dont Hubble est capable, mais que Webb pourra voir des objets 50 fois plus faibles et avec une résolution spatiale deux fois supérieure. Ils l'utiliseront également pour observer les bandes 2,8 et 3,6 microns. Spitzer est capable de le faire aussi, mais Webb sera capable d'observer des objets près de 100 fois plus faibles et avec une résolution spatiale huit fois supérieure.

Parce que l'univers est en expansion, la lumière des objets distants dans l'univers est "décalée vers le rouge, " ce qui signifie que la lumière émise par ces objets est visible dans les longueurs d'onde les plus rouges au moment où elle nous atteint. Les objets les plus éloignés de nous, ceux avec les décalages vers le rouge les plus élevés, ont leur lumière déplacée dans la partie infrarouge proche et moyen du spectre électromagnétique. Le télescope Webb est spécialement conçu pour observer les objets dans cette zone du spectre, ce qui le rend idéal pour regarder l'univers primitif.

"Lorsque vous construisez un observatoire avec des capacités sans précédent, très probablement les résultats les plus intéressants ne seront pas ceux que vous pouvez attendre ou prédire, mais ceux que personne ne peut imaginer, " a déclaré Pérez-González.