Webb et Hubble de la NASA s’associent pour créer la vue la plus colorée de l’univers

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Le résultat : un paysage vivant de galaxies ainsi que plus d’une douzaine d’objets nouvellement découverts et variant dans le temps.

Lorsque deux observatoires majeurs se combinent, ils révèlent une multitude de nouveaux détails qui ne peuvent être obtenus que grâce à leur puissance combinée. Webb et Hubble se sont associés pour étudier l’amas de galaxies MACS0416, situé à environ 4,3 milliards d’années-lumière de la Terre. Leurs données combinées produisent un panorama prismatique de bleu et de rouge, des couleurs qui donnent des indices sur les distances des galaxies. Bien que l’image elle-même soit époustouflante, les chercheurs utilisent déjà ces observations pour étayer de nouvelles découvertes scientifiques, notamment l’identification de supernovae gonflées par la gravitation et d’étoiles ordinaires invisibles.

Cette comparaison côte à côte de l’amas de galaxies MACS0416 vu par le télescope spatial Hubble en lumière optique (à gauche) et le télescope spatial James Webb en lumière infrarouge (à droite) révèle différents détails. Les deux images contiennent des centaines de galaxies, cependant, l’image Web montre des galaxies qui ne sont pas visibles ou à peine visibles sur l’image de Hubble. En effet, la vision infrarouge de Webb peut détecter des galaxies trop lointaines ou trop poussiéreuses pour que Hubble puisse les voir. (La lumière des galaxies lointaines est décalée vers le rouge en raison de l’expansion de l’univers.) Le temps d’exposition total de Webb était d’environ 22 heures, contre 122 heures d’exposition pour l’image de Hubble. Source de l’image : NASA, ESA, Agence spatiale canadienne, STScI

Les télescopes spatiaux Webb et Hubble de la NASA se combinent pour créer une vue colorée de l’univers

NASAc’est Télescope spatial James Webb Et Le télescope spatial Hubble Ils se sont associés pour étudier un amas de galaxies en expansion connu sous le nom de MACS0416. L’image panchromatique qui en résulte combine la lumière visible et infrarouge pour reconstituer l’une des vues les plus complètes de l’univers jamais vues. Situé à environ 4,3 milliards d’années-lumière de la Terre, MACS0416 est une paire d’amas de galaxies en collision qui finiront par s’unir pour former un amas plus grand.

Les détails sont révélés grâce à la puissance télescopique intégrée

L’image révèle une richesse de détails qui ne pourrait être obtenue qu’en combinant la puissance de deux télescopes spatiaux. Ils comprennent un grand groupe de galaxies en dehors de l’amas et un ensemble de sources qui varient avec le temps, probablement en raison de la lentille gravitationnelle – la distorsion et l’amplification de la lumière provenant de sources de fond distantes.

Il s’agissait de la première d’une série de vues ultra-profondes et sans précédent de l’univers issues de l’ambitieux programme collaboratif de Hubble appelé Frontier Fields, ouvert en 2014. Hubble a été le pionnier de la recherche de certaines des galaxies les plus faibles et les plus jeunes jamais découvertes. La vision infrarouge de Webb améliore considérablement cette vue en profondeur en allant plus loin dans l’univers primitif grâce à sa vision infrarouge.

Cette image de l’amas de galaxies MACS0416 met en évidence une galaxie d’arrière-plan particulière à lentille gravitationnelle, qui existait environ 3 milliards d’années après le Big Bang. Cette galaxie contient un objet en transit, ou un objet dont la luminosité observée change au fil du temps, que l’équipe scientifique a appelé « Mothra ». Mothra est une étoile grossie au moins 4 000 fois. L’équipe pense que Mothra est amplifié non seulement par la gravité de l’amas de galaxies MACS0416, mais également par un objet connu sous le nom de « milli-lentille » qui pèse probablement autant qu’un amas d’étoiles globulaires. Source de l’image : NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Université du Missouri)

« Nous nous appuyons sur l’héritage de Hubble en poussant vers des distances plus grandes et des objets plus faibles », a déclaré Rogier Windhorst de l’Arizona State University, chercheur principal du programme PEARLS (Principe Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science), qui a pris en compte les observations de Webb.

Comprendre les couleurs des images et les objectifs scientifiques

Pour faire l’image, en général, les longueurs d’onde de lumière les plus courtes étaient bleues, les longueurs d’onde les plus longues étaient rouges et les longueurs d’onde intermédiaires étaient vertes. La large gamme de longueurs d’onde, de 0,4 à 5 microns, produit une vision particulièrement vivante des galaxies.

Ces couleurs donnent des indices sur la distance des galaxies : les galaxies les plus bleues sont relativement proches et montrent souvent une formation d’étoiles intense, ce qui est mieux détecté par Hubble, tandis que les galaxies plus rouges ont tendance à être plus éloignées, comme l’a découvert Webb. Certaines galaxies apparaissent également très rouges car elles contiennent d’abondantes quantités de poussière cosmique, qui tend à absorber les couleurs plus bleues de la lumière des étoiles.

« L’image complète ne deviendra claire que lorsque les données Webb seront combinées avec celles de Hubble », a déclaré Windhorst.

Découvertes scientifiques et « amas de galaxies de l’arbre de Noël »

Même si les nouvelles observations de Webb contribuent à cette vision esthétique, elles visent un objectif scientifique spécifique. L’équipe de recherche a combiné les trois périodes d’observation, chacune séparée par des semaines, avec une quatrième période de l’enquête CANUCS (Canadian Unbiased Cluster Survey (NIRISS)). L’objectif était de rechercher des objets dont la luminosité observée varie au fil du temps, appelés transitoires.

Ils ont identifié 14 de ces transitoires dans le champ de vision. Douze de ces transitoires étaient localisés dans trois galaxies fortement amplifiées par lentille gravitationnelle et sont probablement des étoiles uniques ou des systèmes multi-étoiles brièvement fortement amplifiés. Les deux transitoires restants sont situés dans des galaxies d’arrière-plan beaucoup plus grandes et sont probablement des supernovae.

Image de l’amas de galaxies MACS0416 prise en lumière visible par l’ACS et le WFC3 de Hubble et en lumière infrarouge par le NIRCam de Webb, avec flèches de boussole, barre d’échelle et clé de couleur pour référence.
Les flèches nord et est de la boussole indiquent la direction de l’image dans le ciel. Notez que la relation entre le nord et l’est dans le ciel (vu d’en bas) est inversée par rapport aux flèches directionnelles sur la carte de la Terre (vue d’en haut).
La barre d’échelle est indiquée en minutes d’arc, soit un angle dans le ciel égal à un 60ème de degré. (La barre d’échelle mesure une demi-minute d’arc.) L’image complète a une largeur d’environ 2,2 minutes.
Cette image montre les longueurs d’onde de la lumière visible et proche infrarouge traduites en couleurs. La clé de couleur montre les filtres Hubble ACS, WFC3 et Webb NIRCam qui ont été utilisés lors de la collecte de la lumière. La couleur de chaque nom de filtre est la couleur de la lumière visible utilisée pour représenter la lumière traversant ce filtre.
Source de l’image : NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Université du Missouri)

« Nous appelons MACS0416 l’amas d’arbres de Noël de la galaxie, car il est très coloré et à cause des lumières clignotantes que nous trouvons à l’intérieur. Nous pouvons voir les transitoires partout », a déclaré Haojing Yan de l’Université du Missouri-Columbia, auteur principal de l’étude. un article décrivant les découvertes scientifiques.

La découverte d’autant de transitoires avec des observations s’étalant sur une période de temps relativement courte suggère que les astronomes pourraient trouver de nombreux transitoires supplémentaires dans ce groupe et d’autres similaires grâce à des observations régulières avec le Webb.

Découverte éphémère unique : « Mothra »

Parmi les transitoires identifiés par l’équipe, un en particulier s’est démarqué. Il est situé dans une galaxie qui existait environ 3 milliards d’années après le Big Bang et a été agrandie d’un facteur d’au moins 4 000. L’équipe a nommé le système stellaire « Mothra » en référence à sa « nature monstrueuse », étant extrêmement brillante. et extrêmement agrandi. Elle rejoint une autre étoile que les chercheurs avaient précédemment identifiée et appelée « Godzilla ». (Godzilla et Mothra sont tous deux des monstres géants connus sous le nom de kaiju dans le cinéma japonais.)

Il est intéressant de noter que Mothra est également visible dans les observations de Hubble prises il y a neuf ans. Ceci est inhabituel, car un alignement très spécifique entre l’amas de galaxies du premier plan et l’étoile d’arrière-plan est nécessaire pour agrandir considérablement l’étoile. Les mouvements mutuels de l’étoile et de l’amas étaient censés finir par éliminer cet alignement.

L’explication la plus probable est qu’il y a un corps supplémentaire à l’intérieur de l’assemblage avant qui ajoute plus de grossissement. L’équipe a réussi à limiter sa masse à une valeur comprise entre 10 000 et 1 million de fois la masse de notre Soleil. Cependant, la nature exacte de ce que l’on appelle la « lentille millimétrique » reste inconnue.

« L’explication la plus probable est la présence d’un amas d’étoiles globulaires trop faible pour que Webb puisse le voir directement », a déclaré José Diego de l’Institut de physique de Cantabrie en Espagne, auteur principal de l’article détaillant les résultats. « Mais nous ne connaissons pas encore la véritable nature de cette lentille supplémentaire. »

Yan et coll. L’article est accepté pour publication dans le Journal d’astrophysique. Diego et coll. Le document a été publié dans Astronomie et astrophysique.

Les données Webb présentées ici ont été obtenues dans le cadre du programme PEARLS GTO 1176.

Les références:

« Perles JWST : transitoires dans le champ MACS J0416.1-2403 » par Haojing Yan, Ziyuan Ma, Pang Zheng Sun, Lifan Wang, Patrick Kelly, Jose M. Diego, Seth H. Cohen, Rogier A. Windhorst, Rolf A. Janssen, Norman A. Grogin, John F. Beckom, Christopher J. Conselius, Simon B. Chauffeur, Brenda Fry, Dan Coe, Madeline A. Marshall, Anton Quikemore, Christopher N. A. Wilmer, Aaron Robotham, Jordan C. J. de Silva, Jake Summers, Mario Nonino, Nor Pierzkal, Russell E. Ryan Jr., Rafael Ortiz III, Scott Tompkins, Rachana A. Bhatawdekar, Cheng Cheng, Adi Zitrin, S.P. Wilner, acceptés, Journal d’astrophysique.
arXiv:2307.07579

Référence : « La Perle de JWST : Mothra, une nouvelle étoile kaiju à z = 2,091 fortement amplifiée par MACS0416, et ses implications pour les modèles de matière noire » par Jose M. Diego, Bangzheng Sun, Haoqing Yan, Lucas J. Furtak, Eric Zachrisson, Liang Dai, Patrick Kelly, Mario Nonino, Nathan Adams, Ashish K. Mina, Stephen B. Wilner, Adi Zittrain, Seth H. Cohen, Jordan C.J. de Silva, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Roger A. Windhorst, Dan Coe, Christopher J. Conselici, Simon B. Chauffeur, Brenda Fry, Norman A. Grogen, Anton M. Quickmore, Madeleine A. Marshall, Noor Pierzkal, Aaron Robotham, Michael J. Rutkowski, Russell E. Ryan, Scott Tompkins, Christopher N. A. Wilmer et Rachana Bhatawdekar, 32 octobre 2023, Astronomie et astrophysique.
est ce que je: 10.1051/0004-6361/202347556

Le télescope spatial James Webb est le principal observatoire des sciences spatiales au monde. Webb résout les mystères de notre système solaire, regarde au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et explore les structures mystérieuses et les origines de notre univers et la place que nous y occupons. WEB est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires l’Agence spatiale européenne (ESA).Agence spatiale européenne) et l’Agence spatiale canadienne.

Le télescope spatial Hubble est un projet de coopération internationale entre la NASA et l’Agence spatiale européenne. Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, exploite le télescope. Le Space Telescope Science Institute (STScI) de Baltimore, dans le Maryland, mène des opérations scientifiques sur Hubble et Webb. STScI est exploité pour la NASA par l’Association des universités de recherche en astronomie, à Washington, DC.