Le télescope spatial James Webb, en seulement quelques mois de fonctionnement, a commencé à changer notre vision de l’univers. Ses images, plus détaillées que ce qui était possible auparavant, montrent l’espace inondé de galaxies, dont certaines se sont formées très peu de temps après le big bang.
Rien de tout cela ne serait possible sans le travail d’une équipe dirigée par Scott Acton, le responsable scientifique de la détection et du contrôle du front d’onde pour le Webb chez Ball Aerospace & Technologies au Colorado. Lui et ses collègues ont développé les systèmes qui alignent les 18 segments séparés du miroir primaire du Webb avec son miroir secondaire plus petit et ses instruments scientifiques. Pour produire des images claires dans les longueurs d’onde infrarouges utilisées par le télescope, les segments doivent être à quelques dizaines de nanomètres de la forme spécifiée dans la conception de l’engin spatial.
Acton a grandi dans le Wyoming et a passé plus de 20 ans dans l’équipe Webb. Spectre IEEE a parlé avec Acton après que son équipe eut fini d’aligner l’optique du télescope dans l’espace. Cette transcription a été modifiée pour plus de clarté et de concision.
Racontez votre histoire. Qu’est-ce qui vous a lancé ?
Scott Acton : Quand j’avais sept ans, mon père a ramené une nouvelle télévision à la maison. Et il m’a donné la vieille télévision à démonter. J’ai été captivé par ce que j’ai vu à l’intérieur de cette télévision. Et à partir de ce moment, j’ai été défini par l’électronique. Vous regardez à l’intérieur d’une vieille télévision et il y a des mécanismes, il y a des odeurs, des couleurs et des visions et pour un enfant de sept ans, c’était simplement la chose la plus incroyable que j’aie jamais vue.
Avance rapide de 25 ans et je travaille dans le domaine de l’optique adaptative. Et finalement, cela a conduit à la détection et aux contrôles du front d’onde, ce qui a conduit au télescope Webb.
Appelée Cosmic Cliffs, l’image apparemment tridimensionnelle de Webb ressemble à des montagnes escarpées un soir de pleine lune. En réalité, c’est le bord de la cavité gazeuse géante dans NGC 3324, et les “pics” les plus hauts de cette image mesurent environ 7 années-lumière de haut. NASA/ESA/CSA/STScI
Parlez de votre travail pour préparer le télescope au vol. Vous y avez travaillé pendant plus de 20 ans.
Agir sur: Eh bien, nous avons dû inventer toutes les détections et commandes de front d’onde. Aucune de ces technologies n’existait vraiment en 2001, nous sommes donc partis de zéro avec des concepts et des expériences simples. Ensuite, des expériences plus compliquées, très compliquées et finalement quelque chose connu sous le nom de technologie TRL 6 – Niveau de préparation technologique 6 – qui a démontré que nous pouvions le faire dans un environnement de vol. Et puis il s’agissait de prendre cette technologie, des algorithmes, de la comprendre et de l’implémenter dans des procédures, une documentation et un logiciel très robustes, pour qu’elle puisse ensuite être appliquée sur le télescope de vol.
Comment était-ce finalement de lancer?
Agir sur: Eh bien, je dois dire qu’il y avait beaucoup de nervosité, du moins de ma part. Je pensais que nous avions 70% de chances de réussir la mission, ou quelque chose comme ça. C’est comme envoyer votre enfant à l’université – cet instrument que nous avions regardé et auquel nous avions pensé.
Le véhicule Ariane 5 est tellement fiable. Je ne pensais pas qu’il y aurait un problème avec cela, mais le déploiement commence, en gros, quelques minutes après le lancement. Donc, pour moi, l’endroit où il fallait être était à une console d’ordinateur [at the Space Telescope Science Institute in Baltimore].
Et puis il y avait beaucoup de choses qui devaient fonctionner.
Agir sur: Oui, c’est vrai. Mais il y a des choses qui sont intéressantes. Ils ont ces choses appelées actionneurs non explosifs [used to secure the spacecraft during launch]. Il y en a environ 130. Et vous ne pouvez pas les tester. Vous les construisez et ils sont utilisés, en gros, une fois. Si vous en réutilisez un, eh bien, c’est maintenant un actionneur différent car vous devez le souder ensemble. Vous ne pouvez donc pas qualifier la pièce, mais ce que vous pouvez faire, c’est qualifier le processus.
Nous aurions quand même pu avoir une mission si certains n’avaient pas tiré, mais la plupart d’entre eux étaient absolument nécessaires au succès de la mission. Alors demandez-vous, supposons que vous vouliez avoir 95% de chances de succès. Quel nombre élevé à la puissance 130 est égal à 0,95 ? Ce nombre est fondamentalement un. Ces choses devaient être parfaites.
Je me souviens d’être rentré chez moi un soir, d’avoir parlé au téléphone avec ma femme, Heidi, et d’avoir dit : « Si je me trompe, j’ai complètement foiré le télescope. Elle a dit: “Scott, c’est pourquoi tu es là.” C’était sa façon de me dire de faire un cow-boy. La responsabilité devait revenir à quelqu’un et à ce moment-là, c’était moi.
Je pense que la perception du public était que le Webb était en très bon état et que la configuration en vol s’est très bien déroulée. Diriez-vous que c’est exact?
Agir sur: Au début de la mission, il y a eu des ratés, mais à part ça, je dirais que les choses sont allées au-delà de nos attentes les plus folles. Cela tient en partie au fait que mon équipe et moi avions commandé le télescope 100 fois dans des simulations. Et nous avons toujours rendu cela un peu plus difficile. Je pense que cela nous a bien servi car lorsque nous sommes arrivés au vrai télescope, il était assez robuste. Cela a juste fonctionné.
Expliquez-nous le processus d’alignement du télescope.
Agir sur: La première image que nous avons récupérée du télescope était celle du 2 février, au milieu de la nuit. La plupart des gens étaient rentrés chez eux, mais j’étais là, et beaucoup d’autres personnes aussi. Nous venons de pointer le télescope vers le Grand Nuage de Magellan, qui contient de très nombreuses étoiles, et nous avons pris des images avec les caméras dans le proche infrarouge. Les gens étaient vraiment contents de voir ces images parce qu’ils cherchaient essentiellement à s’assurer que les instruments scientifiques fonctionnaient.
Mais certains d’entre nous étaient vraiment préoccupés par cette image, car vous pouviez voir un astigmatisme très important – plus fort que ce à quoi nous nous attendions dans nos simulations. Plus tard, nous apprendrions que le miroir secondaire du télescope était décalé en translation – environ 1,5 millimètre le long de l’axe de déploiement et environ un millimètre dans l’autre axe. Et les segments de miroir primaires ont été cadencés un peu à partir de l’état parfaitement aligné.
Lee Feinberg, le responsable du télescope à la NASA Goddard, m’a envoyé un texto et m’a dit : “Scott, pourquoi ne peux-tu pas simplement simuler cela pour voir si tu peux obtenir des images aussi mauvaises ?” Alors ce matin-là, j’ai fait une simulation et j’ai pu reproduire presque exactement ce que nous voyions sur ces images. Nous avons réalisé que nous n’allions pas avoir de problèmes majeurs avec le front d’onde.
Décrivez la cadence de votre travail lors de la mise en service. A quoi ressemblerait une journée ?
Agir sur: L’une des règles que nous avons établies très tôt était qu’en termes de détection et de contrôle du front d’onde, nous aurions toujours deux personnes assises devant les ordinateurs à un moment donné. Chaque fois que quelque chose d’important se produisait, je voulais toujours m’assurer que j’étais là, alors j’ai pris un appartement [near the institute in Baltimore]. De ma porte à la porte du centre des opérations de la mission, il y avait 7 minutes à pied.
Dans cette image en mosaïque s’étendant sur 340 années-lumière de diamètre, la caméra proche infrarouge de Webb (NIRCam) affiche la région de formation d’étoiles de la nébuleuse de la tarentule sous un nouveau jour, y compris des dizaines de milliers de jeunes étoiles jamais vues auparavant qui étaient auparavant enveloppées de cosmique poussière.Équipe de production NASA/ESA/CSA/STScI/Webb ERO
Il y a certainement eu des moments au cours du processus où il y avait un très grand facteur de plissement, si vous voulez. Nous ne pouvions pas pointer le télescope de manière fiable au tout début. Et beaucoup de nos logiciels, pour les premières étapes de la mise en service, dépendaient de l’immuabilité du pointage du télescope. Nous voulions que le télescope soit pointé à plusieurs reprises en quelques secondes d’arc et il était plus proche de 20 ou 30. À cause de cela, certains des mouvements initiaux pour aligner le télescope ont dû être calculés, si vous voulez, à la main.
Je me souviens d’être rentré chez moi un soir, d’avoir parlé au téléphone avec ma femme, Heidi, et d’avoir dit : « Si je me trompe, j’ai complètement foiré le télescope. Elle a dit: “Scott, c’est pourquoi tu es là.” C’était sa façon de me dire de faire un cow-boy. La responsabilité devait revenir à quelqu’un et à ce moment-là, c’était moi.
Mais quand le résultat est revenu, on a pu voir les images. Nous avons pointé le télescope vers une étoile brillante isolée et nous avons alors pu voir, une à la fois, 18 taches apparaissant au milieu de notre détecteur scientifique principal. Je me souviens d’un collègue disant : « Je crois maintenant que nous allons aligner complètement le télescope. Il sentait dans son esprit que si nous pouvions franchir cette étape, tout le reste serait en descente.
Vous essayez de reconstituer l’univers. Il est difficile de bien faire les choses et il est très facile de faire des erreurs. Mais nous l’avons fait.
Construire le Webb était, bien sûr, un projet important et compliqué. Pensez-vous qu’il y a des leçons particulières à en tirer que les gens à l’avenir pourraient trouver utiles ?
Agir sur: En voici quelques-unes très importantes qui s’appliquent à la détection et au contrôle du front d’onde. La première est qu’il y a plusieurs institutions impliquées – Northrop Grumman, Ball Aerospace, le Goddard Space Flight Center, le Space Telescope Science Institute – et la complication d’avoir toutes ces lignes institutionnelles. Il aurait pu être très, très difficile de naviguer. Donc, très tôt, nous avons décidé de ne pas avoir de lignes. Nous étions une équipe complètement sans badge. N’importe qui pouvait parler à n’importe qui. Si quelqu’un disait : « Non, je pense que c’est mal, tu devrais faire comme ça », même s’il n’avait pas nécessairement de responsabilité contractuelle, tout le monde écoutait.
Une autre grande leçon que nous avons apprise concerne l’importance de l’interaction entre l’expérimentation et la simulation. Nous avons construit un modèle à l’échelle 1/6, un modèle optique entièrement fonctionnel du télescope, et il fonctionne toujours. Ça nous a permis, très tôt, de savoir ce qui allait être difficile. Ensuite, nous pourrions résoudre ces problèmes dans la simulation. Cette compréhension, l’interaction entre l’expérimentation et la modélisation et les simulations, était absolument essentielle.
Reconnaissant bien sûr que c’est très tôt, as-tu encore une image préférée ?
Agir sur: Mon image préférée, jusqu’à présent, est celle qui a été prise lors de la dernière véritable activité de front d’onde que nous avons réalisée dans le cadre de la mise en service. Cela s’appelait un test de balayage thermique. Le télescope a un grand pare-soleil, mais le pare-soleil peut être à différents angles par rapport au soleil. Donc, pour nous assurer qu’il était stable, nous l’avons pointé sur une étoile brillante que nous avons utilisée comme étoile guide, l’avons placée dans une orientation et y sommes restées pendant cinq ou six jours. Et puis on est passé à une orientation différente pendant cinq ou six jours. Il s’est avéré assez stable. Mais comment savez-vous que le télescope ne tournait pas autour de l’étoile guide ? Pour vérifier cela, nous avons pris une série d’images de test avec le capteur de guidage fin redondant. Comme vous pouvez l’imaginer, lorsque vous avez un télescope de 6,5 mètres à L2 loin de toute source de lumière concurrente refroidie à 50 kelvins, oui, il est sensible. Même une seule exposition de 20 minutes contiendra des détails incroyables sur l’univers profond. Imaginez ce qui se passe si vous prenez 100 de ces images et faites la moyenne ensemble. Nous avons créé une image d’une partie aléatoire du ciel.
L’image Webb préférée de Scott Acton : une image de test d’une partie aléatoire du ciel, prise avec le capteur de guidage fin du Webb. Les points avec des motifs de diffraction à six pointes sont des étoiles ; tous les autres points sont des galaxies. NASA/ASC/FGS
J’ai envoyé cette image à James Larkin à UCLA, et il l’a regardée et a estimé que cette seule image contenait 15 000 galaxies. Chacune de ces galaxies a probablement entre 100 [billion] et 200 milliards d’étoiles.
Je ne parle pas trop de religion quand il s’agit de cela, mais j’ai dû avoir en tête une référence biblique au chant des étoiles. J’imaginais toutes ces galaxies en train de chanter, comme si c’était une façon pour l’univers d’exprimer sa joie qu’après toutes ces années, nous puissions enfin les voir. Ce fut une expérience assez émouvante pour moi et pour beaucoup de gens.
Vous avez réalisé qu’il y avait tellement de choses là-bas, et vous ne le cherchiez même pas encore vraiment ? Vous étiez toujours en phase avec le télescope ?
Agir sur: C’est vrai. Je suppose que je ne suis pas sûr de ce à quoi je m’attendais. Je pensais que tu verrais juste le ciel sombre. Bien là est pas de ciel noir. Le ciel noir est un mythe. Les galaxies sont partout.
Enfin, nous sommes arrivés à notre première image à diffraction limitée [with the telescope calibrated for science observations for the first time]. Et c’est ainsi que le télescope fonctionne maintenant.
Quelques jours plus tard, environ 70 d’entre nous se sont réunis – astronomes, ingénieurs et autres membres de l’équipe. Un membre de l’équipe – il s’appelle Anthony Galyer – et moi avions fait la moitié plusieurs années plus tôt et acheté une bouteille de cognac de 1906, l’année de la naissance de James Webb. Nous avons porté un toast à James Webb et au télescope qui porte son nom.
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