Question d'une lectrice :
Une galaxie est située à une distance dans l'univers de quelque neuf milliards d'années-lumière de notre Terre. Les astronomes l'ont surnommée la "galaxie aux étincelles".
Comment est-il possible qu'un télescope comme James Webb, étant à 1'500'000 km de la terre, puisse photographier une galaxie aussi éloignée ?

Denise Baptista

James-Webb Space Téléscope (JWST) est un télescope spatial développé par la NASA avec la participation de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de l'Agence spatiale canadienne (ASC). Le JWST est conçu pour poursuivre les travaux du télescope spatial Hubble en observant les premières étoiles et les premières galaxies qui se formèrent près de treize milliard d’années. JWST est placé à 1,5 million de kilomètres de la Terre, mais il a envoyé des images du cosmos jamais capturées (Fig.1). En regardant cette image, vous remarquerez quelques points de lumières à six pointes. Il s’agit d’étoiles de la Voie lactée présentes dans le champ de vision de l’observatoire. Vous remarquerez aussi que plusieurs galaxies semblent étirées. Il ne s’agit pas d’un artefact du télescope, mais bien d’une distorsion de la réalité elle- même.

Cet effet s’appelle “lentille gravitationnelle“. Comment est-il possible qu'un télescope comme James Webb, étant à 1'500'000 de la terre, puisse photographier une galaxie aussi éloignée et déformée ? La gravité est liée à la masse d’un corps, et plus un objet est massif plus sa force gravitationnelle est forte. La conséquence est la déformation du tissu de l’espace- temps. Un effet similaire vous le pouvez observer sur un matelas lorsque vous mettez une boule de pétanque dessus! Prenons maintenant l’exemple d’une collection de galaxies massives proches les unes des autres. La masse total de cet objet est très importante, cela va créer une courbure dans le tissu de l’espace-temps (Fig.2) et cette courbure a l’effet de faire dévier les rayons lumineux qui passent près d'elle, déformant les images reçues par le telescope (Fig.2).

L’autre caractéristique clé est que l’effet de la lentille gravitationnelle ne se contente pas de déformer la lumière, il l’amplifie également! Autrement dit, cet effet permet de visualiser des galaxies qui autrement auraient été invisibles, leur lumière étant trop faible. Ici, les astronomes ont donc utilisé l’amas de galaxies comme une sorte de loupe cosmique. Son énorme champ de gravitation (environ 700 fois la masse de la galaxie d’Andromède) a donc permis de déformer, mais aussi d’amplifier la lumière de galaxies plus éloignées. Si l’amas se place à environ 4,6 milliards d’années- lumière, certaines des galaxies visibles grâce à l’effet de lentille gravitationnelle sont ici visibles à plus de treize milliards d’années- lumière. Au cours de ces prochaines années, la puissance sans précédent du James Webb Telescope combinée aux effets de lentille gravitationnelle pourra permettre aux astronomes de sonder l’Univers tel qu’il était dans les toutes premières années après le Big Bang.
Fig.:1 La première image du télescope James Webb dévoilée dans la nuit de lundi à mardi 18 octobre par la Nasa montre des galaxies formées peu après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années qui est justement l’objet du «premier champ profond de Webb». Résultat, l’amas jouant le rôle d’une loupe géante, la galaxie apparaît agrandie d’un facteur 100.