NIRISS et JWST: le Canada à l’avant-plan de l’étude des exoplanètes

La technologie spatiale canadienne de pointe dirigée par le professeur René Doyon de l’Université de Montréal

L’instrument FGS/NIRISS. (Crédit: Honeywell Canada)

Deux instruments, dont les sigles sont NIRISS et FGS, conçus par une équipe codirigée par le pr René Doyon de l’Université de Montréal seront intégrés dans le télescope spatial James-Webb (JWST ou simplement Webb), qui remplacera Hubble en 2018. Ces instruments, qui cohabitent sur la même plateforme, quittent le Canada aujourd’hui pour une livraison à la NASA fin juillet.

« NIRISS sera chargé de découvrir et d’étudier à la fois des exoplanètes de la taille de la Terre et les galaxies les plus lointaines. FGS aura la précieuse tâche d’assurer la position la plus précise au JWST situé à 1,5 million de km de la Terre », déclare le pr Doyon du Département de physique de l’Université de Montréal et chercheur au Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ).

Prévu pour un lancement en 2018, Webb est un projet de collaboration entre les agences spatiales américaine (NASA), européenne (ESA) et canadienne (ASC). Le télescope aura pour mission d’étudier les étoiles et des galaxies aux toutes premières années de la vie de notre Univers, la formation des étoiles de notre galaxie et la recherche de systèmes planétaires propices au développement de la vie. Il sera le successeur du très utile télescope spatial Hubble lancé il y a 22 ans.

« Contrairement à Hubble, qui est en orbite autour de la Terre à quelque 400 km de sa surface, Webb sera situé à plus de 1,5 million de km de notre planète, soit 4 fois la distance Terre-Lune. À cette distance, ses instruments seront dans un environnement stable et d’une extrême froideur. En effet, protégés du Soleil par son écran solaire de la taille d’un terrain de tennis, Webb et ses instruments seront refroidis à –230 °C, ce qui permettra d’atteindre des sensibilités et des précisions inégalées », explique le pr Doyon.

Ce double instrument composé du FGS (Fine Guiding Sensor) et du NIRISS (Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph) est le fruit du travail des équipes scientifiques codirigées par le pr René Doyon de l’Université de Montréal et le D^r John Hutchings du Conseil national de recherche du Canada (CNRC). Les instruments ont été réalisés principalement par l’entreprise privée COM DEV International — une compagnie de classe internationale spécialisée dans la conception et la fabrication de matériel spatial — située à Ottawa et à Cambridge, en Ontario. L’UdeM et le CNRC ont aussi contribué à la conception et aux tests de plusieurs éléments de l’instrument. Le partenariat entre l’Agence spatiale canadienne, COM DEV et les équipes scientifiques canadiennes de l’UdeM et du CNRC aura permis de repousser les limites de la technologie actuelle en proposant des innovations scientifiques. Cette collaboration garantie à l’équipe du pr Doyon et aux astronomes canadiens du temps précieux d’observation une fois Webb en opération.

FGS: une précision à toute épreuve

Les deux « yeux » (cameras infrarouges très sensibles) du FGS sont un des éléments clés de Webb. Le FGS sera ni plus ni moins que le « volant » de Webb, lui permettant de rester pointé sur les objets célestes avec une immense précision, pour garder les images de Webb bien nettes. FGS permettra à Webb de pointer dans la direction d’un objet céleste avec une précision angulaire de l’ordre du millionième de degré, soit l’angle formé par le diamètre d’une pièce de 25 sous placée à Saint-Jean (Terre-Neuve) et vue depuis Montréal, ou encore l’équivalent de l‘épaisseur d’un cheveu vue à une distance de 5 km!

NIRISS: la continuité nécessaire des travaux du pr Doyon dans l’espace

Joint au FGS, sur la même plateforme, l’instrument NIRISS sera l’un des 4 instruments scientifiques de Webb. Il aura pour mission de trouver et d’étudier les objets astronomiques les plus faibles et les plus lointains de notre Univers. Mais sa sensibilité spectroscopique dans l’infrarouge sera aussi appliquée à un des champs de recherches privilégiées du pr Doyon : la recherche et l’étude d’exoplanètes. Déjà à l’avant-garde de ce domaine — notamment pour sa participation à la prise de la 1^re image d’un système d’exoplanètes — le pr Doyon et son équipe ont spécialement conçu NIRISS pour détecter la fine atmosphère d’exoplanètes aussi petites que la Terre, pour en déterminer leur composition, ou pour rechercher la présence de vapeur d’eau, de CO₂, voire potentiellement des marqueurs biologiques comme le méthane ou l’oxygène. NIRISS aura la capacité de mettre en lumière d’autres mondes potentiellement habitables.

« Il nous a fallu plus de 10 ans pour développer et construire cette incroyable machine pas plus lourde qu’une personne », déclare le pr Doyon. Il n’y a pas de mots pour décrire l’impatience et l’excitation de voir notre instrument prendre finalement le chemin de la NASA. Toute l’équipe a bien hâte de le voir en marche en orbite! »

FGS/NIRISS est arrivé au Goddard Space Flight Center de la NASA le 30 juillet 2012. S’en est suivi une longue série de tests et d’intégration avec le reste du télescope. Ceci culminera avec le lancement de Webb en 2018, suivi des 1^res données quelques mois plus tard.

L’équipe scientifique internationale du FGS/NIRISS, dirigée par le pr René Doyon, comprend des astronomes de l’Université de Montréal, de l’Université de Toronto, de l’Université St-Mary’s (Halifax), du CNRC (Victoria), des États-Unis et de la Suisse.