Mise à jour 29 novembre 2023

Comment voir les images infrarouges de JWST ?

Description de l'image : Tarantula nebula NASA's James Webb Space Telescope (Domaine public).
JWST prend plusieurs images successives du même objet céleste sur lesquelles il applique des filtres infrarouges. Ensuite, ces images sont retravaillées par les développeurs en imagerie de données.

Pourquoi regarder dans l'infrarouge ?

L'œil humain ne voit qu'une partie très fine du spectre lumineux, du rouge au violet. Mais il y a de la lumière de chaque côté de ces deux couleurs. Le télescope spatial James-Webb (JWST) est conçu pour observer la lumière infrarouge, c'est-à-dire le côté rouge du spectre visible.

En utilisant des observations infrarouges, les astronomes peuvent détecter des objets qui ne sont pas visibles dans d'autres parties du spectre électromagnétique.
Les étoiles en formation sont souvent entourées de nuages de poussière et de gaz. L'infrarouge permet de percer ces nuages et de voir les étoiles cachées derrière.
Grâce à ses caméras infrarouges (NIRCam, NIRSpec, MIRI, FGS/NIRISS), JWST peut aussi détecter les très faibles émissions thermiques des planètes extrasolaires.
De plus, en raison de l'expansion de l'univers, la lumière émise par des objets lointains est décalée vers le rouge. Lorsque l'univers s'étend, il étire les longueurs d'onde de la lumière. JWST peut observer des galaxies qui se sont formées il y a plus de 13 milliards d'années.

Conversion des informations provenant de l'infrarouge en données visibles ?

Les données infrarouges capturées par les instruments sont traitées et converties en fausses couleurs à l'aide d'algorithmes informatiques. Les couleurs ne correspondent pas nécessairement aux couleurs réelles de l'objet observé, mais plutôt à des caractéristiques spécifiques dans le spectre infrarouge.

Afin d'améliorer l'esthétique des images infrarouges, les développeurs en imagerie de données doivent les retravailler. En d'autres termes, ces artistes transposent la lumière infrarouge en couleurs visibles avec nos yeux.

JWST prend plusieurs images successives du même objet céleste dans le domaine de l'infrarouge, découpé en trois sous-domaines, l'infrarouge lointain (30 µm à 1 mm), l'infrarouge moyen (1,5 à 30 µm) et l'infrarouge proche '0,75 à 1,5 µm).

Les longueurs d'onde infrarouge sont ensuite converties dans les couleurs de l'arc-en-ciel.
Pour cela, les développeurs en imagerie de données vont respecter la philosophie de colorisation des données, appelée "ordre chromatique". L'ordre chromatique est une approche puissante qui est utilisée pour améliorer la communication des informations. Cela signifie que les mêmes couleurs doivent être utilisées pour représenter les mêmes informations dans différentes visualisations. Les visualisations colorées doivent être agréables à regarder et à comprendre.

Pour cela les développeurs en imagerie décalent les longueurs d'onde infrarouge vers la partie visible du spectre, afin que nos yeux les distinguent. Exactement comme la transposition d'un air joué au piano dans une tonalité différente. Le pianiste change la hauteur de toutes les notes de l'air, d'un intervalle constant, tout en préservant les relations entre ces notes. Dans les deux cas la mélodie reste la même.

Ensuite les spécialistes en traitement d'images vont appliquer des filtres. Un filtre rouge sur la longueur d'onde la plus lointaine, un filtre vert sur la longueur d'onde moyenne, un filtre bleu sur la longueur d'onde la plus proche et un filtre de bande étroite colorisée en orange.

Après avoir superposé les quatre filtres, ils obtiennent une première image colorisée, plus intéressante mais pas esthétiquement satisfaisante. C'est là que la créativité humaine intervient. Les développeurs en imagerie de données vont devoir faire appel à leur subjectivité et à leur sens artistique.

Au cours de ces différentes manipulations, les détails et la qualité vont s'améliorer progressivement, toujours en respectant les données scientifiques du départ. Dans l'image, rien n'est ajouté et rien n'est retiré. L'objectif recherché est, avant tout, de créer une belle image à regarder.

Cette image de la nébuleuse de la tarentule est finalement splendide !

Description de l'image : Tarantula nebula NASA's James Webb Space Telescope (Domaine public).
L'œil infrarouge de JWST révèle la présence de milliers d'étoiles en formation comme jamais vues auparavant. Dans la nébuleuse de la Tarentule on aperçoit une pépinière stellaire (30 Doradus) ainsi que de longs filaments poussiéreux, qui donnent son nom à la nébuleuse. Tarantula nebula est située dans la galaxie du Grand Nuage de Magellan à 160 000 années-lumière de la Terre.

En résumé, l'utilisation de l'infrarouge en cosmologie permet d'obtenir des informations cruciales sur des objets cosmiques qui ne seraient pas facilement accessibles avec d'autres méthodes d'observation. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de la formation des étoiles, des exoplanètes, des galaxies, et de l'évolution de l'univers tout entier.