Le télescope spatial James-Webb mesure la luminosité à différentes longueurs d’onde
Les couleurs des images de James-Webb ne sont pas celles que nous verrions à l’œil nu. Webb observe surtout la lumière infrarouge, invisible pour l’œil humain. Une couleur visible est attribuée à la luminosité enregistrée par chaque filtre, puis les données sont réunies dans une seule image.
Les caméras de Webb possèdent de nombreux filtres, chacun laissant passer une plage de longueurs d’onde différente. Le détecteur enregistre la lumière transmise par un filtre sous forme d’une valeur de luminosité pour chaque pixel. Les données d’un seul filtre peuvent être affichées comme une image en niveaux de gris, avec des zones plus ou moins claires.
Observer le même objet avec plusieurs filtres révèle des structures différentes selon la longueur d’onde. Certaines traversent plus facilement la poussière qui masque la vue, tandis que d’autres sont fortement émises par certains gaz ou grains de poussière. Colorer puis superposer ces données permet de comparer leurs différences d’un seul regard.
Les données de chaque filtre forment une image en couleur
On règle d’abord la plage de luminosité de chaque image afin de rendre visibles les régions faibles comme les régions brillantes. Les images légèrement décalées sont alignées, puis les défauts du détecteur et les traces de rayons cosmiques sont retirés. Une couleur visible est ensuite attribuée à chaque filtre et les couches sont combinées.
En général, les longueurs d’onde les plus courtes sont placées vers le bleu et les plus longues vers le rouge. L’ordre des longueurs d’onde devient ainsi un ordre de couleurs. Avec plus de trois filtres, on peut ajouter des couleurs intermédiaires comme le jaune ou l’orange, ou représenter plusieurs filtres par la même couleur. La correspondance dépend des filtres utilisés et des structures que l’image doit mettre en valeur.
Les couleurs utilisées pour montrer une lumière invisible sont appelées couleurs représentatives. Le résultat obtenu en alignant et superposant plusieurs images filtrées est une image composite. La luminosité et les structures viennent des observations ; les personnes qui réalisent l’image choisissent la couleur visible associée à chaque filtre.
Le premier champ profond a utilisé quatre couleurs pour six filtres
Le premier champ profond de Webb montre des observations réalisées par NIRCam en direction de l’amas de galaxies SMACS 0723. Six filtres ont été utilisés : F090W et F150W sont représentés en bleu, F200W et F277W en vert, F356W en orange et F444W en rouge.
Le nombre de filtres ne correspond pas forcément au nombre de couleurs de l’image. Dans le premier champ profond, deux filtres ont été associés au bleu et deux autres au vert. Le bleu de l’image ne désigne donc ni une lumière bleue visible ni une seule longueur d’onde. La légende des filtres et des couleurs indique quelles observations contribuent à chaque partie de l’image.
Le bleu représente des longueurs d’onde différentes dans deux images de la nébuleuse de l’Anneau austral
La comparaison de la nébuleuse de l’Anneau austral place côte à côte deux images en couleur du même objet. NIRCam a observé l’image de gauche le 3 juin 2022 ; MIRI a observé celle de droite le 12 juin. Les dates et les plages de longueurs d’onde étant différentes, les données de chaque instrument ont été transformées en images composites distinctes.
Le bleu de l’image NIRCam à gauche représente les données du filtre F090W, centré autour de 0,9 micromètre. Le bleu de l’image MIRI à droite représente le filtre F770W, autour de 7,7 micromètres. Bien qu’ils apparaissent tous deux en bleu, les domaines observés sont très différents. Chaque image doit donc être lue avec sa propre légende de filtres et de couleurs.
Dans l’image NIRCam, de nombreuses étoiles et leurs aigrettes de diffraction apparaissent plus nettement. L’image MIRI fait ressortir la poussière chaude autour de la naine blanche centrale. Ensemble, les deux images montrent les détails qui dominent à différentes longueurs d’onde infrarouges.
La couleur seule ne permet pas d’identifier une matière
La couleur représentative aide à comparer les longueurs d’onde les plus intenses et les endroits où la poussière ou les étoiles ressortent. Une zone rouge à l’écran ne suffit toutefois pas à révéler la nature ou la température d’une matière.
Pour déterminer la composition, les astronomes étudient des spectres qui divisent la lumière en bandes de longueurs d’onde beaucoup plus étroites. Les atomes et les molécules émettent ou absorbent la lumière à des longueurs d’onde précises et laissent des motifs caractéristiques. Ces motifs sont comparés aux données des filtres et à des modèles physiques pour étudier les propriétés de l’objet.
Consulter l’instrument et la légende des couleurs dans la description
Trois informations aident à comprendre les couleurs d’une image de Webb : l’instrument utilisé, la couleur visible attribuée à chaque filtre et la manière dont les données sont présentées — plusieurs couches réunies ou deux images distinctes placées côte à côte. Elles indiquent ce que les couleurs permettent de comparer.
Les images de James-Webb traduisent des mesures infrarouges invisibles en couleurs que nous pouvons distinguer. Consulter l’instrument et la correspondance entre filtres et couleurs révèle l’observation portée par chaque couleur.
Sources
- NASA Science — Comment sont créées les images en couleur de Webb
- ESA/Webb — Des données du détecteur aux images en couleurs représentatives
- NASA Science — Filtres, détecteurs et spectrographes de Webb
- NASA Science — Étudier les objets grâce aux spectres
- ESA/Webb — Premier champ profond et correspondance entre filtres et couleurs
- ESA/Webb — Comparaison NIRCam et MIRI de la nébuleuse de l’Anneau austral
- STScI — Plages de longueurs d’onde des filtres NIRCam
- STScI — Plages de longueurs d’onde des filtres MIRI