Le miroir segmenté du télescope spatial James Webb est généralement présenté comme une immense surface destinée à recueillir le plus de lumière possible. Un de ses modes les plus précis repose pourtant sur le principe inverse : masquer une grande partie de cette surface afin de ne conserver que plusieurs petites ouvertures disposées selon une géométrie rigoureuse.

NASA Blogs a présenté ces résultats mardi 4 août. Les observations concernent trois cibles sans lien apparent — le système stellaire WR 137, les jeunes planètes de PDS 70 et le satellite jovien Io — mais toutes exigent de séparer des détails très proches à l’échelle du ciel.

L’interférométrie à masque d’ouverture, appelée AMI, transforme les zones non occultées du miroir en un réseau de sous-télescopes. Les faisceaux lumineux issus de chaque ouverture se combinent et produisent des franges. Celles-ci ne donnent pas immédiatement une photographie : elles codent les dimensions, les positions relatives et les contrastes de luminosité de la cible.

Cette méthode peut atteindre une résolution angulaire presque deux fois meilleure que l’imagerie habituelle de Webb dans des conditions favorables. Elle sacrifie toutefois une partie de la sensibilité, puisque la majorité de la lumière est bloquée. L’étalonnage et les calculs de reconstruction deviennent aussi déterminants que l’optique elle-même.

À bord de Webb, ces mesures sont réalisées avec NIRISS, l’imageur dans le proche infrarouge et spectrographe sans fente construit par l’Agence spatiale canadienne. La stabilité de l’observatoire limite les perturbations des franges, tandis que la disposition des ouvertures permet de distinguer les différentes paires de sous-apertures utilisées pendant l’observation.

WR 137 illustre l’intérêt de cette technique à proximité d’étoiles éblouissantes. Le système comprend une étoile Wolf-Rayet d’environ dix masses solaires et une compagne massive proche de 17 masses solaires. Elles accomplissent leur orbite en 13,1 ans et lancent des vents qui entrent en collision à très grande vitesse.

Dans la zone de choc, le gaz comprimé peut se refroidir suffisamment pour produire de minuscules grains. L’équipe DustERS a distingué cette poussière dans les 100 à 200 unités astronomiques les plus internes de la région. La distance est grande à l’échelle du Système solaire, mais son angle apparent reste minuscule et son faible rayonnement se confond facilement avec celui des étoiles.

Les chercheurs prévoyaient une spirale en forme de moulinet, géométrie fréquemment associée aux binaires productrices de poussière. Ils ont découvert une distribution presque rectiligne. Cette différence peut signaler une asymétrie des vents, une orientation orbitale particulière ou une fabrication de poussière concentrée durant certaines étapes du cycle de 13,1 ans.

Des simulations ont permis de comparer les données interférométriques à diverses configurations du système et d’en reconstruire l’environnement immédiat. L’expérience contribue en parallèle à perfectionner les logiciels destinés à d’autres observations AMI. L’enjeu touche aussi à l’évolution chimique des galaxies, car les étoiles massives enrichissent le milieu interstellaire en éléments et en grains réutilisés lors de nouvelles formations stellaires.

PDS 70 offre une perspective complémentaire : celle de planètes encore plongées dans leur matériau natal. Cette étoile semblable au Soleil, âgée d’environ cinq millions d’années et distante de quelque 370 années-lumière, est entourée d’un disque protoplanétaire dominé par le gaz. Deux géantes, PDS 70 b et PDS 70 c, y ont déjà été photographiées directement.

Les deux mondes continuent vraisemblablement d’accréter de la matière. À 4,8 micromètres, Webb a mesuré leur luminosité avec une précision nouvelle et constaté un excès par rapport aux prévisions fondées sur les seules atmosphères planétaires. La signature correspond à de la matière environnante dont la température avoisinerait moins 50 degrés Celsius.

Cette émission pourrait provenir du bord interne de disques circumplanétaires. Dans cette gamme de longueurs d’onde, une telle structure peut rayonner autant que la planète et fausser une estimation qui attribuerait toute la lumière à l’atmosphère. Des observations complémentaires devront déterminer plus précisément la température et la localisation de la poussière, ainsi que le rythme auquel les planètes gagnent de la masse.

PDS 70 constitue ainsi un analogue observable des premiers âges de Jupiter, mais avec des géantes placées sur des orbites plus éloignées de leur étoile. Étudier leur environnement permet de tester les scénarios de formation planétaire, de circulation du gaz dans les disques et, à terme, de création éventuelle de systèmes de satellites.

Io a nécessité une stratégie encore différente. Son disque complexe, couvert de régions volcaniques et de dépôts variables, ne se prêtait pas aux procédures classiques de reconstruction interférométrique. Les chercheurs ont employé des réseaux neuronaux, entraînés à reconnaître des relations complexes entre les franges mesurées et la distribution réelle de luminosité.

Cinq images recueillies en une trentaine de minutes ont permis d’identifier plusieurs points chauds volcaniques et une émission plus diffuse. Les structures dominantes mesuraient environ 362 kilomètres, une échelle compatible avec des régions associées à des volcans individuels. D’autres détails, proches de 580 kilomètres, pourraient correspondre à du givre de dioxyde de soufre déjà observé par le passé.

La cohérence avec des données du télescope terrestre Keck II a apporté une validation indépendante à la reconstruction neuronale. Les trois études montrent ainsi que l’augmentation de la résolution dépend autant des méthodes numériques et de la maîtrise de la lumière que de la taille physique du miroir. Cette approche pourrait orienter de futurs instruments, notamment ceux envisagés pour l’Habitable Worlds Observatory, appelé à distinguer des planètes faibles tout près d’étoiles beaucoup plus lumineuses.