Le télescope spatial NASA/ESA/CSA James Webb est souvent désigné comme le successeur du télescope spatial NASA/ESA Hubble. En fait, c'est le successeur de beaucoup plus. Avec l'inclusion de l'instrument dans l'infrarouge moyen (MIRI), Webb a également succédé aux télescopes spatiaux infrarouges tels que l'observatoire infrarouge spatial (ISO) de l'ESA et le télescope spatial Spitzer de la NASA.
Dans le moyen infrarouge, l'univers est très différent de ce que nous avons l'habitude de voir avec nos yeux. S'étendant de 3 à 30 micromètres, l'infrarouge moyen détecte les objets célestes à des températures comprises entre 30 et 700 ° C. Dans ce mode, les objets qui apparaissent sombres dans les images en lumière visible brillent désormais avec éclat.
"Il s'agit d'une gamme de longueurs d'onde très intéressante en termes de chimie pouvant être réalisée et de compréhension du processus de formation des étoiles et de ce qui se passe au cœur des galaxies", déclare Gillian Wright, chercheuse principale du consortium européen qui a développé le Instrument MIRI. - Nos premiers aperçus réels de l'espace dans l'infrarouge moyen ont été obtenus avec ISO, qui a fonctionné de novembre 1995 à octobre 1998. Arrivé en orbite en 2003, Spitzer a fait de nouveaux progrès à des longueurs d'onde similaires. Les découvertes de l'ISO et de Spitzer ont toutes deux mis en évidence le besoin de capacités dans l'infrarouge moyen avec de plus grandes zones de collecte pour une meilleure sensibilité et une meilleure résolution angulaire pour répondre à de nombreuses questions importantes en astronomie."
Jillian et d'autres ont commencé à rêver d'un instrument capable de voir l'infrarouge moyen avec des détails saisissants. Malheureusement pour eux, l'ESA et la NASA ont vu les longueurs d'onde plus courtes du proche infrarouge comme la cible principale de Webb. L'ESA a dirigé le développement d'un spectromètre proche infrarouge appelé NIRSpec, tandis que la NASA visait un imageur thermique appelé NIRCam.
Sans se laisser décourager, lorsque l'ESA a lancé un appel à candidatures pour étudier son spectromètre proche infrarouge, Jillian et ses collègues ont vu une opportunité. "J'ai dirigé une équipe qui a envoyé une réponse plutôt audacieuse. Il disait que nous étudierions le spectrographe dans le proche infrarouge, mais nous aurions également un canal supplémentaire qui traiterait de toutes ces études scientifiques dans l'infrarouge moyen. Et nous avons présenté un cas scientifique expliquant pourquoi l'astronomie dans l'infrarouge moyen serait fantastique sur Webb », dit-elle.
Bien que son équipe n'ait pas remporté ce contrat particulier, cette décision audacieuse a contribué à rehausser le profil de l'astronomie dans l'infrarouge moyen en Europe, et elle-même a été invitée à représenter ces intérêts scientifiques dans une autre étude de l'ESA examinant la capacité de l'industrie européenne à construire des instruments infrarouges. . Avec le soutien d'institutions académiques de toute l'Europe, une partie de cette recherche a été consacrée aux instruments dans le domaine de l'infrarouge moyen.
Les résultats étaient si encourageants, tout comme les résultats d'études parallèles menées par les États-Unis, que l'intérêt pour un tel appareil est devenu encore plus grand. Après avoir réuni un groupe international de scientifiques et d'ingénieurs en Europe désireux et capables de concevoir et de construire l'instrument - et, surtout, de lever des fonds pour le faire - Jillian et ses collègues ont encouragé et progressivement convaincu l'ESA et la NASA de l'inclure dans le Programme Webb.
Étendre le leadership européen dans ce mode de fonctionnement au domaine de la coopération internationale avec les États-Unis, à la mission phare de la NASA, où la culture instrumentale est si différente, n'était pas une recette garantie. "La plus grande crainte était que cette complexité soit la plus grande menace pour l'instrument", explique José Lorenzo Alvarez, responsable de l'instrument MIRI à l'ESA. Mais le risque a payé.
En plus d'attirer leurs propres fonds, le consortium a reçu une mise en garde supplémentaire : l'instrument ne devrait pas affecter les températures de fonctionnement et l'optique de Webb. En d'autres termes, le télescope restera optimisé pour les instruments proches de l'infrarouge, et MIRI prendra tout ce qu'il peut obtenir. Cela limiterait les performances de l'instrument au-delà de dix micromètres, mais pour Jillian, c'était un petit prix à payer.
L'un des plus grands obstacles technologiques était que MIRI devait fonctionner à une température plus basse que les instruments proches de l'infrarouge. Cela a été accompli à l'aide d'un mécanisme de cryorefroidisseur fourni par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Afin d'être sensible aux ondes infrarouges moyennes, MIRI fonctionne à une température d'environ -267°C.
Ceci est inférieur à la température de surface moyenne de Pluton d'environ 40 Kelvin (-233°C). Par coïncidence, c'est la température à laquelle les autres instruments et le télescope fonctionnent. Les deux températures sont extrêmement basses, mais à cause de cette différence, la chaleur du télescope s'infiltrerait encore dans MIRI une fois qu'il était attaché au télescope s'ils n'étaient pas isolés thermiquement l'un de l'autre.
Un autre défi était l'espace limité disponible pour l'instrument sur le télescope. C'était d'autant plus difficile que MIRI était censé être en réalité deux instruments en un : un imageur et un spectromètre. Cela a nécessité un travail de conception intelligent.
Même après l'achèvement et la livraison de l'instrument à la NASA pour intégration avec le reste du télescope, l'équipe a dû faire face à encore plus de défis.
Le télescope extrêmement complexe a pris plus de temps à construire que quiconque aurait pu l'imaginer, ce qui signifie que MIRI et d'autres instruments devront rester sur Terre beaucoup plus longtemps que prévu initialement.
Puis, le jour de Noël 2021, le lanceur Ariane 5 de l'ESA a mis le vaisseau spatial en orbite dans un lancement parfait. Au cours des semaines et des mois suivants, les équipes au sol ont préparé le télescope et ses instruments et les ont remis aux scientifiques. Avec d'autres instruments, MIRI envoie maintenant des données dont les scientifiques n'ont fait que rêver.
Les données MIRI ont été largement présentées dans les premières images Webb, y compris les «montagnes» et les «vallées» de la nébuleuse Carina, le groupe de galaxies en interaction Stefan Quintet et la nébuleuse de l'anneau sud. Les images suivantes ont continué à élever la barre en termes de beauté et de science. Cependant, étant donné que MIRI est un si grand pas en avant par rapport à tout autre instrument infrarouge moyen précédent, la barre est également relevée en termes de capacités d'interprétation d'images.
Mais c'est l'essence de la science avancée, et les astronomes se précipitent déjà pour développer des modèles informatiques plus détaillés qui peuvent leur en dire plus sur les divers processus physiques qui font apparaître des données dans la gamme infrarouge moyen.
MIRI, ainsi que d'autres outils sur le Web, a le potentiel de faire progresser tous les domaines de l'astronomie. C'est le genre de science transformatrice qui ne devient possible que grâce à une expansion significative des possibilités. Et c'est un excellent témoignage du travail d'équipe et de la collaboration internationale qui ont été nécessaires à la construction du télescope en général, et de MIRI en particulier.
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