JWST

Évolution de la matière : du milieu interstellaire aux exoplanètes, avec le JWST

 

CONTEXTE SCIENTIFIQUE :

Les étoiles et les planètes sont formés à partir de matière interstellaire dans les galaxies. Les parties les plus denses des nuages interstellaires s'effondrent pour former des protoétoiles entourées par des disques. Ces "disques protoplanétaires" sont les berceaux des systèmes planétaires. Les dynamiques, structure de densité, température, composition chimique, rapport poussière/gaz dans les nuages interstellaires et disques sont les ingrédients clés, afin de déterminer les conditions initiales des planètes et des étoiles ainsi que l'évolution des nouvelles protoétoiles et protoplanètes dans leur disque natif. Les performances sans précédent et les capacités instrumentales du JWST permettront un saut spectaculaire dans les observations, du milieu interstellaire aux disques en passant par les exoplanètes.

 

JWST :

Le Télescope Spatial James-Webb (JWST) devrait être lancé en 2021 à bord d'une fusée Ariane 5 à partir de la Guyane française. Avec un miroir primaire d'un diamètre de 6.5 mètres, le JWST sera le plus grand télescope dans l'espace. Il offrira la possibilité d'observer de 0.6µm à 28µm, avec une résolution angulaire, une sensibilité et des capacités instrumentales sans précédent. Avec une durée d'opération de 5 à 10 ans en orbite autour du point L2 à 1.5 millions de kilomètres de la Terre, il réalisera une science transformationnelle dans tous les domaines de l'astrophysique. Le projet JWST est une collaboration internationale entre la NASA, l'ESA et l'Agence Spatiale Canadienne (CSA).

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Figure 1 : Vue d'artiste du JWST. La grande nouveauté est un parasoleil à 5 couches de la taille d'un court de tennis. Le miroir primaire est composé de 18 segments séparés, réalisé à partir de béryllium ultra léger, se dépliant et s'ajustant après le lancement. Crédit : Northrop Grumman

Une suite de 4 instruments est située au plan focal du télescope :

  • un imageur proche-IR et un spectrographe grand-champ (0.6-5µm) : NIRISS, fourni par le CSA
  • une CAMera proche-IR (0.6-5µm) : NIRCAM, fournie par l'Université d'Arizona
  • un SPECtromètre proche-IR (1-5µm)  NIRSPEC, fourni par l'ESA, avec des composants de la NASA/GSDC
  • un instrument moyen-IR (5-28µm) : MIRI du Consortium Européen de laboratoires sous l'égide de l'ESA, et par le laboratoires Jet Propulsion (JPL) de la NASA

Deux laboratoires appartenant au LabEx P2IO, l'Irfu-DAp et l'IAS, sont membres du consortium MIRI. MIRI offre une suite de capacité d'observation versatile incluant l'imagerie, la spectroscopie à résolution basse et modérée ainsi qu'un coronographe. La participation française dans le MIRI porte sur l'imageur, sous la direction technique et scientifique de l'Irfu-DAp.

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Figure 2 : MIRI lors d'un test d'alignement à température ambiante dans la salle blanche RAL Space au laboratoire de Rutherford Appleton (STFC). Crédit : Science and Technology Facilities Council

Les équipes de Paris-Saclay travaillant sur la matière extraterrestre (l'Irfu-Dap, l'IAS et IJCLab dans le LabEx P2IO ainsi que ISMO et la Maison de la Simulation) se sont réunies afin de proposer un projet permettant de préparer l'interprétation des observations du JWST. Le but est d'amener à une compréhension complète des différents processus physiques, aux échelles micro et macro, en relation avec les dynamiques et les propriétés physiques et chimiques, jouant un rôle dans la séquence évolutionnaire, du milieu interstellaire à la formation des planètes.

Le projet est organisé en 3 groupes de travail scientifiques :

  1. Préparation des observations du JWST : préparation des programmes d'observation du JWST (pour les nuages interstellaires, les disques protoplanétaires et les exoplanètes), simulations de données, développement de procédés de réduction de données de haut niveau, défis liés aux données, ...)
  2. Simulations et modèles : atmosphères des exoplanètes, modèles de poussière couplés à des codes de transfert radiatif utilisés pour analyser les données du pré-JWST à partir des disques protoplanétaires
  3. Expériences de laboratoire : échantillons extraterrestres (particules de poussière interplanétaire, Micrométéorites Antarctiques ultra-carbonées provenant de la collection CONCORDIA, échantillons d'astéroïdes) et analogues analysés grâce à de multiples techniques (FTIR, Raman, STXM C-et N-XANES, TEM, NanoSIMS, AFM-IR, spectroscopie IR, imagerie hyper spectrale, irradiation, ...) et dans des locaux variés, à l'échelle locale et nationales (Soleil, ANDROMED, GANIL, ...)

 

RÉALISATIONS :

La plupart des tâches du plan initial ont été réalisées, à l'exception des analyses de données du JWST. 40 papiers ont été publiés depuis 2016, 20 scientifiques et 16 techniciens ont été impliqués dans le projet, ainsi que 7 doctorants et 6 post-doctorants. Les financements alloués par le LabEx P2IO ont rendu possible la structuration d'équipes multidisciplinaires et pluri-laboratoires (5 laboratoires) pour l'exploitation scientifique du JWST.

 

Pour en savoir plus : www.jwst.fr

#55 - Mise à jour : 03/08/2020

 

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