Le 25 décembre prochain à 7 h 20, heure de l’Est, la fête de Noël sera un lointain souci pour René Doyon. En compagnie d’une centaine de scientifiques, d’ingénieurs et de journalistes triés sur le volet, le professeur au Département de physique de l’Université de Montréal assistera alors au lancement du télescope spatial James Webb en direct du port spatial de Kourou, en Guyane française. Le moment, reporté à plusieurs reprises, sera solennel ; une fusée Ariane 5 catapultera dans l’espace « la machine la plus complexe créée par l’humanité à bien des égards » aux dires du chercheur.
Les faits lui donnent raison. L’élaboration du nouveau télescope, nommé en l’honneur du deuxième administrateur de la NASA, a nécessité près de 40 millions d’heures de travail et des investissements de l’ordre de 10 milliards de dollars américains depuis 1996. Plusieurs milliers d’experts ont collaboré à cet effort concerté entre la NASA, l’Agence spatiale européenne et l’Agence spatiale canadienne. Plus de 300 organisations, compagnies et universités, parmi lesquelles figurent l’Université Saint Mary’s, l’Université de Montréal, l’Université de Toronto et l’Université York, ont mis la main à la pâte.
René Doyon, qui codirige l’équipe scientifique canadienne du télescope, s’est pour sa part joint au projet en 2001. Il a contribué au développement d’un des deux instruments canadiens de James Webb, l’imageur et spectrographe sans fente dans le proche infrarouge (NIRISS). À l’origine, le Canada ne fournissait pourtant qu’un seul instrument : le détecteur de guidage de précision, lequel sert à stabiliser le télescope. « James Webb a été une longue saga ponctuée de nombreux revirements. C’est en 2011 que la décision d’embarquer le NIRISS à bord a finalement été prise », raconte-t-il.
Grâce au NIRISS, il sera possible de capter le rayonnement infrarouge émis par des objets lointains, comme des exoplanètes. À partir du spectre de ces corps célestes, les scientifiques pourront déterminer si leur atmosphère contient certaines molécules, comme celles de l’eau, du dioxyde de carbone, du méthane et de l’oxygène. « James Webb a propulsé ma carrière scientifique. Même s’il n’est pas encore lancé, il a stimulé quantité d’initiatives au sol », témoigne celui qui est aussi directeur de l’Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx) de l’Université de Montréal.
Des traces de vie?
Une des bénéficiaires du télescope spatial James Webb sera Olivia Lim, étudiante au doctorat en physique de l’Université de Montréal rattaché à l’iREx. Sous la direction de M. Doyon, elle s’intéresse à Trappist-1, une étoile naine rouge située à environ 39 années-lumière de la Terre dans la constellation du Verseau. Sa particularité? Quatre des sept planètes de taille terrestre qui orbitent autour d’elle sont localisées dans la zone habitable, la région du système où de l’eau liquide pourrait subsister à la surface. De là à dire qu’elles recèlent peut-être des traces de vie, il n’y a qu’un pas à franchir.
« Nous ne savons même pas si ces exoplanètes possèdent une atmosphère pour l’instant. Notre but, dans un premier temps, est de valider ce point », nuance la jeune chercheuse, qui a fait un passage direct au doctorat après avoir obtenu son baccalauréat en physique à l’Université de Montréal en 2019. C’est grâce à l’observation du transit de ces exoplanètes, soit le moment pendant lequel ils passent devant leur étoile, ce qui provoque une modification de luminosité dans le spectre infrarouge, qu’elle mettra à l’épreuve ses hypothèses de recherche.
L’étude de ces événements demande cependant un certain temps. Mme Lim disposera d’un total de 53,7 heures d’observation, qui est le temps nécessaire pour amasser des données sur huit transits, deux par exoplanète. Cela représente en outre le plus grand nombre d’heures allouées pour l’utilisation du télescope James Webb au Canada lors de sa première année d’activité. « De par sa contribution, le Canada s’est notamment vu octroyer 5 % du temps total d’observation sur une base compétitive. Le programme de recherche d’Olivia a été soutenu en vertu de cette banque d’heures », s’enorgueillit M. Doyon.
Cela est d’autant plus impressionnant que les 1 173 propositions reçues ont été étudiées par un comité d’allocation du temps d’observation, qui comprend près de 200 experts de la communauté astronomique mondiale, sur une base anonyme afin d’éviter les biais. Seules les meilleures demandes ont été retenues au terme du processus. Parmi les 286 projets retenus à l’échelle internationale, plusieurs concernent l’étude d’autres exoplanètes comme des Jupiter chaudes, mais aussi des naines brunes et blanches, des trous noirs supermassifs ainsi que des toutes premières galaxies apparues il y a des milliards d’années.
Loin de la coupe aux lèvres
Il reste néanmoins bien des étapes à franchir avant de pouvoir braquer le télescope vers les confins de l’univers. Le télescope spatial James Webb devra d’abord se poster à Lagrange 2, un point virtuel d’équilibre gravitationnel situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre. Il devra surtout se déployer en cours de route, durant les deux premières semaines de son périple dans l’espace – comme il est trop massif pour entrer dans le ventre de la fusée Ariane 5, il a fallu faire de l’origami avec lui. « J’appelle cette période les 14 jours de la terreur; il y a 300 points de défaillance possibles! », indique M. Doyon.
Et ce n’est pas fini. Une fois à destination, James Webb devra se refroidir et être progressivement mis en service à distance, ce qui devrait nécessiter de cinq à six mois. Si bien qu’il ne commencera qu’à opérer au milieu de 2022. « Nous pourrions voir les premiers articles scientifiques paraître dès l’automne prochain, si tout va bien », prévoit Mme Lim. Et si le pire survient? « Je suis optimiste, nous avons pris le temps de faire les choses comme il se doit, répond M. Doyon. On anticipe une révolution de notre compréhension de l’univers, rien de moins. »