James Webb : peut-on vraiment photographier le passé ?

Position et orbite du télescope spatial James Webb autour du point de Lagrange L2

Crédit : NASA, STScI et CSA.
Source : NASA Science.
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Le premier champ profond de James Webb — amas de galaxies SMACS 0723

Crédit : NASA, ESA, CSA et STScI.
Source : ESA/Webb.
Image réutilisée sous licence Creative Commons CC BY 4.0 : reproduction autorisée avec attribution.

Dans un précédent article, nous avons découvert le télescope spatial James Webb, son immense miroir doré et les principales missions qui lui ont été confiées. Mais une question demeure : peut-il réellement photographier le passé ?

La réponse est oui… à condition de comprendre que James Webb ne remonte pas le temps. Il recueille une lumière qui a voyagé pendant des millions, parfois des milliards d’années avant de parvenir jusqu’à lui.

Et cette différence change tout.

Regarder le ciel, c’est toujours regarder le passé

La lumière voyage à une vitesse vertigineuse : près de 300 000 kilomètres par seconde dans le vide. Pourtant, elle ne se déplace pas instantanément. Elle a besoin de temps pour parcourir les distances qui séparent les astres.

Lorsque nous regardons la Lune, nous la voyons telle qu’elle était environ 1,3 seconde plus tôt.

Lorsque nous observons le Soleil, nous le voyons avec un peu plus de huit minutes de retard, car sa lumière doit parcourir environ 150 millions de kilomètres avant d’atteindre la Terre.

Même notre environnement cosmique proche appartient donc déjà au passé.

À mesure que les distances augmentent, ce décalage devient vertigineux. La lumière de l’étoile Proxima du Centaure, la plus proche du Soleil, met plus de quatre ans à nous parvenir. Quant à la galaxie d’Andromède, nous la voyons telle qu’elle était il y a environ 2,5 millions d’années, bien avant l’apparition d’Homo sapiens.

Nous ne voyons jamais les astres exactement tels qu’ils sont au moment où nous les regardons. Nous les découvrons tels qu’ils étaient lorsque leur lumière a commencé son voyage.

Que photographie réellement James Webb ?

Le mot « photographie » est pratique, mais il peut prêter à confusion.

James Webb ne prend pas une image comme nous le ferions avec un téléphone ou un appareil photo. Ses instruments recueillent principalement une lumière invisible à l’œil humain : l’infrarouge.

Cette lumière transporte pourtant une immense quantité d’informations. Elle permet aux astronomes d’étudier des étoiles en formation, des nuages de gaz et de poussière, des galaxies très lointaines ou encore l’atmosphère de certaines exoplanètes.

Les détecteurs du télescope enregistrent les différentes longueurs d’onde reçues. Les scientifiques traitent ensuite ces données pour produire les images que nous découvrons.

Il ne s’agit donc pas d’une simple photographie instantanée, mais d’une représentation scientifique construite à partir d’une lumière réellement captée par le télescope.

Pourquoi les images de James Webb sont-elles colorées ?

Puisque James Webb observe principalement dans l’infrarouge, les couleurs de ses images ne correspondent pas exactement à ce que verrait un œil humain placé dans l’espace.

Les instruments enregistrent d’abord des images dans plusieurs gammes de longueurs d’onde. À chacune d’elles, les spécialistes attribuent ensuite une couleur visible.

Les longueurs d’onde les plus courtes sont généralement représentées par des teintes bleues ou vertes, tandis que les plus longues apparaissent plutôt en orange ou en rouge.

Ces couleurs ne sont pas choisies au hasard et ne servent pas seulement à rendre les images spectaculaires. Elles permettent de distinguer les gaz, les poussières, les étoiles et les différentes structures présentes dans une région de l’Univers.

Une image de James Webb est donc à la fois une œuvre visuelle saisissante et une véritable carte scientifique.

Les Piliers de la création observés dans le proche infrarouge par James Webb

Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI ; J. DePasquale, A. Koekemoer et A. Pagan (STScI).
Source : ESA/Webb.
Image réutilisée sous licence Creative Commons CC BY 4.0 : reproduction autorisée avec attribution.

Pourquoi l’infrarouge permet-il de voir plus loin ?

L’Univers est en expansion. Au cours de leur voyage, les ondes lumineuses émises par les galaxies très lointaines sont étirées par cette expansion.

Leur longueur d’onde augmente : c’est ce que les astronomes appellent le « décalage vers le rouge ».

Une lumière qui était visible ou ultraviolette au moment de son émission peut ainsi nous parvenir sous la forme d’un rayonnement infrarouge. Or James Webb a précisément été conçu pour détecter ces longueurs d’onde.

Ses instruments lui permettent donc de recueillir la lumière très affaiblie d’objets extrêmement lointains et de nous rapprocher des premières périodes de l’histoire cosmique.

L’infrarouge présente également un autre avantage : il traverse certains nuages de poussière qui bloquent la lumière visible. James Webb peut ainsi observer des étoiles et des systèmes planétaires en train de naître, cachés à l’intérieur de véritables pouponnières stellaires.

Jusqu’où James Webb peut-il remonter ?

Certaines lumières détectées par James Webb ont voyagé pendant plus de treize milliards d’années avant d’atteindre ses instruments.

Le télescope nous montre ainsi des galaxies telles qu’elles existaient lorsque l’Univers était encore très jeune, quelques centaines de millions d’années seulement après le Big Bang.

Les astronomes cherchent notamment à comprendre comment les premières étoiles se sont formées, quand les premières galaxies sont apparues et comment elles ont évolué pour donner naissance aux grandes structures que nous observons aujourd’hui.

James Webb ne se contente donc pas de montrer des objets très éloignés. Il nous aide à reconstituer une histoire : celle de la naissance et de la transformation de l’Univers.

Peut-il photographier le Big Bang ?

Non. James Webb ne peut pas photographier le Big Bang lui-même.

Durant les premiers temps de l’Univers, la matière était si chaude et si dense que la lumière ne pouvait pas circuler librement. L’Univers était alors opaque.

Il a fallu attendre environ 380 000 ans pour que la lumière puisse commencer à voyager à travers l’espace. La trace de cette époque existe encore : elle est appelée le fond diffus cosmologique, ou rayonnement fossile. Elle est aujourd’hui étudiée principalement dans le domaine des micro-ondes par d’autres instruments.

James Webb observe une période plus tardive : celle où les premières étoiles et les premières galaxies ont commencé à éclairer l’Univers.

Il ne voit donc pas la naissance de l’Univers, mais il nous rapproche de ses premiers chapitres visibles.

Une image n’est pas toujours un instant unique

Une autre précision mérite d’être apportée : toutes les parties d’une image astronomique ne se trouvent pas nécessairement à la même distance de nous.

Dans le premier champ profond de James Webb, par exemple, certaines étoiles appartiennent à notre propre galaxie, tandis que d’autres objets se situent à des milliards d’années-lumière.

Une seule image peut donc réunir plusieurs époques de l’Univers.

Elle ressemble à une photographie de famille sur laquelle chaque personne aurait été prise à un âge différent, parfois avec des milliards d’années d’écart. Le résultat tient dans un même cadre, mais les lumières qu’il rassemble n’ont pas toutes commencé leur voyage au même moment.

Regarder le passé depuis notre présent

Il y a quelque chose de profondément troublant dans les images de James Webb.

Lorsqu’il capte la lumière d’une galaxie très lointaine, il ne reçoit pas une image récente. Il recueille un message parti il y a des milliards d’années, à une époque où la Terre et le Soleil n’existaient peut-être pas encore.

Cette lumière a traversé l’espace durant une immense partie de l’histoire de l’Univers. Puis, un jour, elle a atteint les dix-huit segments dorés du miroir de James Webb. Elle est devenue une donnée scientifique, une image et une nouvelle question posée à notre intelligence.

La galaxie observée a pu se transformer, fusionner avec une autre ou même disparaître depuis l’émission de cette lumière. Pourtant, son image continue de voyager dans l’espace comme la trace d’un monde ancien.

Alors, peut-on vraiment photographier le passé ?

Oui, d’une certaine manière.

James Webb ne nous permet pas de retourner dans le temps. Mais il nous offre quelque chose de presque aussi vertigineux : la possibilité d’observer, depuis notre présent, une lumière qui a commencé son voyage bien avant notre existence.

Chaque image nous rappelle que l’Univers n’est pas immobile. Il possède une histoire, dont la lumière conserve la mémoire.

Et nous sommes encore en train d’apprendre à la lire.

À retenir

James Webb ne voyage pas dans le temps. Comme tous les télescopes, il observe une lumière qui a mis un certain temps à lui parvenir.

Grâce à sa très grande sensibilité à l’infrarouge, il peut recueillir des lumières extrêmement anciennes et nous montrer des galaxies telles qu’elles existaient il y a plus de treize milliards d’années.

Il ne photographie pas le Big Bang, mais il nous aide à étudier les premières étoiles, les premières galaxies et les débuts de l’histoire visible de l’Univers.

Sources

• NASA, James Webb Space Telescope.

• NASA, Webb’s First Deep Field.

• NASA, Webb FAQs.

• NASA, Webb’s Orbit.

• Agence spatiale européenne, ressources consacrées au télescope spatial James Webb.