Premières lumières et premier « selfie » pour le télescope spatial James Webb

Lancé le 25 décembre dernier et arrivé à sa destination finale le 24 janvier, une fois le déploiement de son pare-soleil réussi, le télescope spatial James Webb (JWST) a commencé l’alignement de ses miroirs et la calibration de ses instruments.

Le 11 février, une première image obtenue par le JWST est publiée : elle montre la lumière d’une première étoile du nom de HD 84406, de la constellation de la Grande Ourse, captée 18 fois. Cette étoile a été choisie en particulier parce qu’elle est facilement repérable et qu’elle n’est pas entourée d’autres étoiles de luminosité semblable, ce qui permet d’avoir un arrière-plan plutôt dégagé.

Première image du James Webb par l’instrument NIRCam (crédit NASA/ASC)

Cette image composite de 18 points de lumière stellaire organisés de manière aléatoire a été produite par les sections non alignées du miroir principal de Webb qui réfléchissent toutes la lumière de la même étoile vers le miroir secondaire, puis vers NIRCam, la caméra dans le proche infrarouge.

Cette caméra qui sert pour les alignements des miroirs a relevé la lumière de la même étoile dans chacune des 18 sections du miroir principal.

Les différentes couleurs désignent l’une des trois différentes prescriptions optiques pour le miroir principal de Webb (crédit NASA)

Au cours de la prise d’images démarrée le 2 février, le télescope Webb a été orienté vers 156 positions différentes autour de l’emplacement prévu de l’étoile. Les 10 détecteurs de NIRCam ont généré 1560 images, soit 54 gigaoctets de données brutes. L’ensemble du processus a duré près de 25 heures. Chacune des sections du miroir principal a localisé l’étoile cible dans les 6 premières heures et les 16 premières expositions, soit un beau résultat selon les personnes de la mission.

Ces images ont ensuite été assemblées pour produire une seule grande image composite où se trouve la signature de chaque section du miroir principal. Ce qui est présenté ici n’est que la partie centrale de la très grande image composite de plus de 2 milliards de pixels :

Chaque point de cette image composite est identifié par la section du miroir principal qui l’a capté. Ces premiers résultats correspondent étroitement aux attentes et aux simulations (crédit : NASA/ASC)

Progressivement les sections du miroir seront alignées jusqu’à ce que les 18 points deviennent une seule étoile.

L’instrument NIRCam a été privilégié pour les premières étapes de l’alignement de Webb, car il possède un large champ de vision et la capacité unique de fonctionner de manière sûre à des températures plus élevées que les autres instruments. Il sera utilisé pendant la quasi-totalité de l’alignement des sections du miroir.

Pour cette première image, l’instrument fonctionnait à des températures non idéales entraînant des artefacts dans l’image composite. Il y en aura de moins en moins à mesure que les températures cryogéniques idéales au fonctionnement des instruments seront atteintes.

Un « selfie » inattendu

Pendant la capture de cette première image, une lentille pupillaire spécialisée de l’instrument NIRCam conçue pour prendre des images des sections du miroir primaire au lieu des images de l’espace a été utilisée. La section lumineuse était orientée vers une étoile brillante, alors que les autres sections ne sont pas actuellement dans le même alignement. Cette image a donné une première indication de l’alignement du miroir primaire par rapport à l’instrument.

Cette configuration n’est pas utilisée pendant les opérations scientifiques et est utilisée strictement à des fins d’ingénierie et d’alignement. 

(crédit : NASA/ASC)

Plusieurs étapes à venir avant la première image alignée

Pour mettre toute la lumière en un seul endroit, chaque image de segment doit être empilée les unes sur les autres. Dans cette étape d’empilement d’images, ou « stacking« , les images des segments individuels seront déplacées afin qu’elles tombent précisément au centre du champ pour produire une image unifiée. Ce processus prépare le télescope pour le phasage grossier.

Illustration du processus progressif de « stacking » des images du Webb (crédit NASA)

L’empilement est effectué séquentiellement selon les trois groupes de sections de miroirs (segments A, segments B et segments C).

Simulation d’empilement d’images. Premier panneau : Mosaïque d’images initiales. Deuxième panneau : segments A empilés. Troisième panneau : segments A et B empilés. Quatrième panneau : segments A, B et C empilés. Crédit : NASA.

Puis c’est le phasage grossier. Alors que l’empilement d’images place toute la lumière au même endroit sur le détecteur, les segments agissent toujours comme 18 petits télescopes plutôt qu’un seul grand. Les segments doivent être alignés les uns avec les autres avec une précision inférieure à la longueur d’onde de la lumière. Ce phasage grossier sera effectué 3 fois afin de corriger le déplacement vertical des segments du miroir primaire.

Effectué trois fois au cours du processus de mise en service, le phasage grossier mesure et corrige le déplacement vertical (différence de piston) des segments de miroir.

Puis le phasage fin sera effectué également 3 fois, directement après chaque cycle de phasage grossier, puis régulièrement tout au long de la vie de Webb. Ces opérations mesurent et corrigent les erreurs d’alignement restantes en utilisant la même méthode de défocalisation appliquée lors de l’alignement des segments.

Ensuite, le télescope étant bien aligné à un endroit dans le champ de vision NIRCam, cet alignement devra être étendu au reste des instruments du JWST., en itérant plusieurs fois si nécessaire.
Pour finaliser la mise en service du télescope dans son ensemble, il faudra encore environ 3 mois et la mise en service de tous les instruments avant d’avoir la première vraie belle image prise par le James Webb Space Telescope.
Les étapes à venir pour la mise en service du James Webb (pour voir l’avancement : Where is Webb ?)

Source : https://blogs.nasa.gov/webb/

Tous les articles sur le Webb : https://reves-d-espace.com/tag/webb/

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