Le télescope spatial James Webb de la NASA verra les premières galaxies se former après le Big Bang, mais pour ce faire, ses instruments doivent d’abord refroidir, vraiment froid. Le 7 avril, l’instrument à infrarouge moyen de Webb (MIRI) – un développement conjoint de la NASA et de l’ESA (Agence spatiale européenne) – a atteint sa température de fonctionnement finale en dessous de 7 kelvins (moins 447 degrés Fahrenheit ou moins 266 degrés Celsius).
Avec les trois autres instruments de Webb, MIRI s’est d’abord refroidi à l’ombre du pare-soleil de la taille d’un court de tennis de Webb, tombant à environ 90 kelvins (moins 298 F ou moins 183 C). Mais tomber à moins de 7 kelvins nécessitait un cryorefroidisseur électrique. La semaine dernière, l’équipe a franchi une étape particulièrement difficile appelée le « point de pincement », lorsque l’instrument passe de 15 kelvins (moins 433 F ou moins 258 C) à 6,4 kelvins (moins 448 F ou moins 267 C).
« L’équipe du refroidisseur MIRI a consacré beaucoup d’efforts au développement de la procédure pour le point de pincement », a déclaré Analyn Schneider, chef de projet pour MIRI au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « L’équipe était à la fois excitée et nerveuse au début de l’activité critique. En fin de compte, il s’agissait d’une exécution classique de la procédure, et les performances plus froides sont encore meilleures que prévu. »
La basse température est nécessaire car les quatre instruments de Webb détectent la lumière infrarouge, des longueurs d’onde légèrement plus longues que celles que les yeux humains peuvent voir. Les galaxies lointaines, les étoiles cachées dans des cocons de poussière et les planètes en dehors de notre système solaire émettent toutes de la lumière infrarouge. Mais il en va de même pour d’autres objets chauds, y compris le matériel électronique et optique de Webb. Le refroidissement des détecteurs des quatre instruments et du matériel environnant supprime ces émissions infrarouges. MIRI détecte des longueurs d’onde infrarouges plus longues que les trois autres instruments, ce qui signifie qu’il doit être encore plus froid.
Une autre raison pour laquelle les détecteurs de Webb doivent être froids est de supprimer quelque chose appelé courant d’obscurité, ou courant électrique créé par la vibration des atomes dans les détecteurs eux-mêmes. Le courant d’obscurité imite un vrai signal dans les détecteurs, donnant la fausse impression qu’ils ont été touchés par la lumière d’une source externe. Ces faux signaux peuvent noyer les vrais signaux que les astronomes veulent trouver. Étant donné que la température est une mesure de la vitesse à laquelle les atomes du détecteur vibrent, réduire la température signifie moins de vibrations, ce qui signifie moins de courant d’obscurité.
La capacité de MIRI à détecter des longueurs d’onde infrarouges plus longues le rend également plus sensible au courant d’obscurité, il doit donc être plus froid que les autres instruments pour éliminer complètement cet effet. Pour chaque degré d’augmentation de la température de l’instrument, le courant d’obscurité augmente d’un facteur d’environ 10.
Une fois que MIRI a atteint une température glaciale de 6,4 kelvins, les scientifiques ont commencé une série de vérifications pour s’assurer que les détecteurs fonctionnaient comme prévu. Comme un médecin à la recherche de tout signe de maladie, l’équipe MIRI examine les données décrivant l’état de santé de l’instrument, puis donne à l’instrument une série de commandes pour voir s’il peut exécuter correctement les tâches. Cette étape est l’aboutissement du travail de scientifiques et d’ingénieurs de plusieurs institutions en plus du JPL, notamment Northrop Grumman, qui a construit le cryoréfrigérateur, et le Goddard Space Flight Center de la NASA, qui a supervisé l’intégration de MIRI et du refroidisseur au reste de l’observatoire. .
« Nous avons passé des années à nous entraîner pour ce moment, à parcourir les commandes et les vérifications que nous avons effectuées sur MIRI », a déclaré Mike Ressler, scientifique du projet MIRI au JPL. « C’était un peu comme un scénario de film : tout ce que nous étions censés faire était écrit et répété. Lorsque les données de test sont arrivées, j’étais ravi de voir que cela ressemblait exactement à ce que j’attendais et que nous avions un instrument en bonne santé. »
Il y a encore d’autres défis auxquels l’équipe devra faire face avant que MIRI puisse commencer sa mission scientifique. Maintenant que l’instrument est à température de fonctionnement, les membres de l’équipe prendront des images de test d’étoiles et d’autres objets connus qui peuvent être utilisés pour l’étalonnage et pour vérifier le fonctionnement et la fonctionnalité de l’instrument. L’équipe effectuera ces préparations parallèlement à l’étalonnage des trois autres instruments, fournissant les premières images scientifiques de Webb cet été.
« Je suis extrêmement fier de faire partie de ce groupe de scientifiques et d’ingénieurs très motivés et enthousiastes venus de toute l’Europe et des États-Unis », a déclaré Alistair Glasse, scientifique des instruments MIRI au UK Astronomy Technology Centre (ATC) à Édimbourg, en Écosse. « Cette période est notre ‘épreuve du feu’ mais il est déjà clair pour moi que les liens personnels et le respect mutuel que nous avons construits au cours des dernières années sont ce qui nous permettra de traverser les prochains mois pour livrer un instrument fantastique à la communauté mondiale de l’astronomie. »
Pour plus d’informations sur la mission Webb, visitez: https://www.nasa.gov/webb