Vous vous interrogez sur les 6 rayons sortant de l’image de test de JWST ? Voici pourquoi ils se produisent

Au Space Telescope Science Institute (STSI) à Baltimore, Maryland, les ingénieurs de la NASA sont occupés à aligner les miroirs et les instruments sur le Télescope spatial James Webb (JWST). Entre-temps, l’équipe de la mission nous a fourni un autre aperçu de ce que cet observatoire, successeur du vénérable Le télescope spatial Hubble – verra une fois qu’il sera pleinement opérationnel. Le dernier teaser est une “image d’évaluation de l’alignement du télescope” d’une étoile lointaine qui semble rouge et pointue !

Cette étape représente l’achèvement de la cinquième phase de préparation, connue sous le nom de “mise en phase fine”, où les contrôleurs de mission ont ajusté chacun des segments de miroir primaires de Webb pour produire une image unifiée en utilisant uniquement la caméra proche infrarouge (NIRCam). Cette image était focalisée sur une étoile brillante au centre de l’alignement de JWST. Cette étoile est connue sous le nom de 2MASS J17554042 + 6551277 et est située à environ 2 000 années-lumière de la Terre.

La sensibilité de l’optique de Webb et du NIRCam (et un filtre rouge qui optimisait les contrastes visuels) signifiait que les galaxies et les étoiles en arrière-plan étaient également visibles. Mais alors que les étoiles et les galaxies d’arrière-plan sont à des milliards d’années (et un peu déformées), l’étoile de premier plan a une apparence pointue. Ceux-ci sont connus sous le nom de pointes de diffraction (ou “araignée”), qui font référence aux artefacts créés par le miroir ou l’ouverture secondaire d’un télescope.

Image de l’étoile d’évaluation d’alignement, appelée 2MASS J17554042 + 6551277. Crédit : NASA / STScI

Selon le Dr. Christopher S. Baird, professeur adjoint de physique à la West Texas A&M University :

“Certains télescopes ont un grand miroir primaire qui se concentre sur le faisceau de lumière entrant sur un miroir secondaire ou un capteur qui est maintenu au-dessus du miroir primaire. Le miroir secondaire détourne la lumière hors du télescope afin qu’elle puisse être vue ou traitée ultérieurement. Ou, alternativement, un capteur maintenu au-dessus du miroir primaire convertit l’image en un signal électrique qui est transmis à un ordinateur. »

La clé des pointes de diffraction, écrit Baird, est que le miroir secondaire (ou capteur) est maintenu en place au-dessus du miroir primaire par des tiges de support (alias entretoises ou ailettes), qui obstruent la lumière entrante. Lorsque la lumière des étoiles pénètre dans le télescope et se dirige vers le miroir primaire, une partie effleure les tiges de support et est légèrement déviée. Cette diffraction décale finalement la lumière dans l’image finale, formant une “araignée” qui se conforme à la position des tiges de support (et non à l’image d’origine).

“Pour les étoiles et autres sources lumineuses ponctuelles brillantes, ce motif lumineux décalé prend la forme de pointes radiales”, ajoute Baird. “Lorsque les tiges de support du miroir secondaire d’un télescope sont construites selon un joli motif en croix symétrique, les pointes de diffraction dans l’image de l’étoile prennent le même motif en croix.”

Un coup d’œil au miroir secondaire de JWST montre qu’il ne se conforme pas à une diffraction croisée ou à six côtés “en araignée”. Cependant, la diffraction peut également être causée par le bord de l’ouverture d’un télescope, que la lumière entrante doit également traverser. Étant donné que les ouvertures de la plupart des télescopes et des caméras sont circulaires, elles créent généralement des anneaux de diffraction plutôt que des pointes qui sont généralement très faibles – et connues sous le nom de “motif aéré”.

Le miroir principal de Webb intercepte la lumière rouge et infrarouge voyageant dans l’espace et la réfléchit sur un miroir secondaire plus petit. Crédits : IMAGE : STScI, Andi James (STScI)

Comme Baird l’a expliqué, les pointes de diffraction peuvent également être causées par des ouvertures de forme hexagonale, ce qui est cohérent avec de James Webb segments de miroir :

“Si l’ouverture n’est pas circulaire mais a une autre forme, alors les anneaux et les pointes peuvent résulter uniquement de l’ouverture. De telles ouvertures polygonales provoquent également des pointes de diffraction. Les pics de diffraction observés dans les images prises par les caméras à objectif ne sont donc pas causés par les tiges de support mais par l’ouverture non circulaire. En revanche, les télescopes ont généralement des ouvertures circulaires et créent donc des images avec des pointes de diffraction causées par les tiges de support. »

Ceci est courant avec les miroirs primaires segmentés, qui sont communs aux observatoires au sol. Les exemples incluent les télescopes Keck, le Gran Telescopio Canarias (GTC), le télescope Hobby-Eberly (HET), le grand télescope sud-africain (SALT) et le télescope spectroscopique à fibre multi-objets à large zone de ciel (LAMOST) en Chine. Avec son miroir primaire de 6,5 mètres (21 pieds 4 pouces) (composé de 18 segments de miroir hexagonaux en béryllium), Webb est le premier télescope spatial à utiliser une telle conception.

Même s’il reste des mois avant Webb commence les opérations scientifiques et offre de nouvelles vues du cosmos, cette image représente une étape majeure. Cela signale l’achèvement de la phase 5 et que l’imageur principal de Webb et son système optique fonctionnent aussi bien que prévu. Comme l’a indiqué Ritva Keski-Kuha, responsable adjointe des éléments du télescope optique de Webb, dans un récent communiqué de presse de la NASA, cela a renforcé la confiance de l’équipe de la mission dans le télescope.

“Nous avons entièrement aligné et focalisé le télescope sur une étoile, et les performances dépassent les spécifications”, a-t-elle déclaré. « Nous sommes ravis de ce que cela signifie pour la science. Nous savons maintenant que nous avons construit le bon télescope. » Au cours des six prochaines semaines, l’équipe passera par les étapes d’alignement restantes avant de procéder aux préparations finales de l’instrument scientifique.

L’équipe est actuellement dans la sixième phase de préparation, où elle effectuera des mesures à plusieurs points de champ et étendra l’alignement au reste des instruments – le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec), l’instrument infrarouge moyen (MIRI) et le proche Imageur infrarouge et spectrographe sans fente (NIRISS). Pour cette phase, un algorithme évaluera les performances de chaque instrument, puis calculera les corrections finales nécessaires pour obtenir un télescope bien aligné sur tous les instruments scientifiques.

Ensuite, l’étape d’alignement finale de Webb commencera et l’équipe ajustera les petites erreurs de positionnement résiduelles dans les segments de miroir. A déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la Direction des missions scientifiques (SMD) de la NASA à Washington DC :

“Il y a plus de 20 ans, l’équipe Webb a entrepris de construire le télescope le plus puissant que quiconque ait jamais mis dans l’espace et a proposé une conception optique audacieuse pour répondre à des objectifs scientifiques exigeants. Aujourd’hui, nous pouvons dire que le design va livrer. ”

L’équipe est sur la bonne voie pour conclure tous les aspects de l’alignement de l’élément de télescope optique (OTE) d’ici début mai avant de passer aux deux derniers mois de préparation des instruments scientifiques (phase 7). Les préparatifs devraient se terminer cet été, date à laquelle les premières images et données scientifiques en pleine résolution de Webb seront publiées. Alors préparez-vous pour des images plus époustouflantes comme celle-ci !

En parlant d’images, consultez le diaporama de soumissions #JWSTART, qui présente des œuvres inspirées du JWST.

Lectures complémentaires : NASA, Université West Texas A&M

Leave a Comment