Le télescope James Webb dévoile le célèbre amas MACS J1149

Un superbe portrait infrarouge signé Webb

Le 24 janvier 2026, le télescope spatial James Webb (JWST) a publié une nouvelle image saisissante de MACS J1149.5+2223, un amas de galaxies massif situé à environ cinq milliards d'années-lumière dans la constellation du Lion. La photographie, mise en avant comme « Image du mois » par l'équipe de recherche, montre de longs arcs lumineux et des galaxies d'arrière-plan à images multiples produits par le puissant effet de lentille gravitationnelle de l'amas. Par rapport aux observations précédentes de Hubble, la sensibilité infrarouge et la résolution du JWST révèlent une structure fine à l'intérieur de ces galaxies magnifiées — bras spiraux, nœuds brillants de formation d'étoiles et bandes de poussière — tout en exposant une population de sources rouges et faibles qui se situent probablement à un décalage vers le rouge (redshift) très élevé.

Un amas « célébrité » avec une histoire

MACS J1149 a gagné son surnom grâce à des décennies d'étude. Il fut l'une des cibles du programme Hubble Frontier Fields et est devenu célèbre lorsqu'une supernova lentillée est réapparue dans plusieurs images — une démonstration spectaculaire de la relativité générale et de l'effet de retard temporel dans le lentillage fort. Cet héritage a fait de cet amas une cible de suivi naturelle pour le JWST, qui revisite aujourd'hui le même champ avec des instruments optimisés pour l'infrarouge. Les nouvelles données du JWST ne se contentent pas d'ajouter des pixels ; elles augmentent la valeur scientifique de ce champ en repoussant la frontière observable pour les galaxies d'arrière-plan et en améliorant la fidélité de la cartographie de la masse au sein même de l'amas.

Le lentillage gravitationnel comme sonde de précision

Ces affinements sont importants. De meilleurs modèles de lentille réduisent les incertitudes lorsque les astronomes traduisent la lumière magnifiée en propriétés intrinsèques telles que la luminosité, la taille et le taux de formation d'étoiles. Ils permettent également aux équipes de tracer la distribution de la matière noire à des échelles plus petites, testant ainsi les prédictions de modèles de matière noire concurrents. Pourtant, la construction de modèles reste délicate : les dégénérescences dans les reconstructions de lentilles et la nécessité de redshifts spectroscopiques pour fixer les distances demeurent des facteurs limitants ; l'imagerie du JWST doit donc être combinée à la spectroscopie et à des données multi-longueurs d'onde pour fournir des estimations de masse robustes.

L'avantage de l'infrarouge : voir l'Univers primitif

Le JWST fonctionne principalement dans l'infrarouge, ce qui est crucial pour observer l'Univers primitif. À mesure que l'expansion cosmique étire la lumière des premières générations de galaxies, les émissions ultraviolettes et visibles se décalent vers la gamme de longueurs d'onde du JWST. Les observations infrarouges illuminent donc des galaxies que Hubble ne pouvait que suggérer ou manquait entièrement. Dans le champ de MACS J1149, le JWST détecte de nombreuses sources rouges faibles dont les couleurs indiquent un décalage vers le rouge élevé et une formation d'étoiles obscurcie par la poussière. Beaucoup de ces objets ne sont visibles que parce que l'effet de lentille de l'amas les magnifie — un télescope naturel qui, combiné à la sensibilité du JWST, expose des galaxies datant du premier milliard d'années après le Big Bang.

Les longueurs d'onde infrarouges percent également la poussière plus efficacement que la lumière optique, révélant une formation d'étoiles qui serait autrement occultée. Cette capacité est au cœur des questions scientifiques actuelles : quelles galaxies ont produit les photons ionisants qui ont mis fin aux « âges sombres » cosmiques pendant la réionisation, et à quel moment les trous noirs supermassifs ont-ils commencé leur croissance ? Les images de MACS J1149 prises par le JWST incluent déjà des galaxies candidates de l'époque de la réionisation et au moins un objet d'arrière-plan dont la masse déduite du trou noir central semble étonnamment élevée pour son âge — un résultat qui, s'il est confirmé, remettra en question les modèles de croissance conventionnels.

CANUCS et spectroscopie coordonnée

L'image récemment publiée provient du Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), un programme du JWST qui combine imagerie profonde et spectroscopie de suivi. CANUCS utilise NIRCam pour l'imagerie haute résolution, ainsi que NIRISS et NIRSpec pour la spectroscopie sans fente et à fente respectivement. Les spectres sont essentiels car les couleurs issues de l'imagerie ne permettent pas à elles seules de déterminer des distances précises. Les redshifts spectroscopiques révèlent à quel point l'Univers s'est étendu depuis que la lumière a quitté chaque galaxie, et ils identifient les raies d'émission qui diagnostiquent la formation d'étoiles, la métallicité et la présence de trous noirs actifs.

CANUCS cible intentionnellement des galaxies de faible masse et de faible luminosité à des redshifts élevés, car celles-ci sont des contributeurs prometteurs à la réionisation mais ont été historiquement sous-étudiées. Associer la spectroscopie à l'imagerie du JWST permet non seulement de garantir les distances, mais renforce également les modèles de lentille : chaque image multiple confirmée par spectroscopie devient un ancrage dans la reconstruction de la masse. Le résultat est un cycle itératif où de meilleures cartes améliorent l'interprétation des galaxies d'arrière-plan, et où de meilleurs échantillons spectroscopiques améliorent les cartes.

Contexte multi-longueurs d'onde et rôle des autres observatoires

Bien que le JWST fournisse des détails infrarouges sans précédent, une compréhension complète de MACS J1149 nécessite d'autres longueurs d'onde. Les observations en rayons X de l'observatoire Chandra tracent le gaz chaud intracluster et révèlent où se concentre la masse baryonique ; les données radio provenant de réseaux tels que le Very Large Array montrent des jets et des émissions non thermiques pouvant signaler des noyaux actifs. Les images composites combinant les couches de rayons X, optiques et radio avec la vue infrarouge du JWST offrent une image multi-composante de l'amas : les galaxies, le gaz chaud, le plasma relativiste et le halo de matière noire déduit du lentillage se superposent tous sur un système physique unique.

Une telle synergie multi-longueurs d'onde n'est pas seulement esthétique. Les différences entre l'emplacement de la masse (issue du lentillage), du gaz chaud (issu des rayons X) et des galaxies (en optique/IR) peuvent renseigner les astronomes sur l'histoire de l'assemblage de l'amas et sur les interactions entre les baryons et la matière noire. Par exemple, les décalages entre les pics de matière noire et les pics de rayons X peuvent contraindre les propriétés de collision de la matière noire — une approche rendue célèbre par d'autres amas en fusion — et les contraintes de lentillage du JWST ajoutent de la précision à ces tests.

À quoi s'attendre ensuite

L'image du JWST de MACS J1149 est une invitation à un suivi plus approfondi. CANUCS continuera à recueillir des données spectroscopiques et à élargir l'échantillon de galaxies à haut décalage vers le rouge confirmées derrière l'amas. Les modélisateurs intégreront les nouveaux détails structurels dans les reconstructions de lentilles et réanalyseront les objets précédemment identifiés, tels que les trous noirs précoces inhabituellement massifs. Parallèlement, les observateurs combineront les données du JWST avec celles de Chandra, des réseaux radio et des images d'archives de Hubble pour produire des cartes intégrées des baryons et de la matière noire.

À moyen terme, des amas comme MACS J1149 continueront de faire office de télescopes naturels pour le JWST et les installations suivantes, amplifiant les galaxies les plus faibles et affinant notre vision de l'ère de la réionisation. Le nouveau portrait de Webb est donc à la fois un jalon et un outil : une image magnifique qui resserre également l'étau observationnel sur certaines des questions les plus profondes de la cosmologie, du comportement de la matière noire à l'émergence des premières galaxies et des premiers trous noirs.

Sources

• Télescope spatial James Webb / NASA, ESA & CSA (observations JWST et programme CANUCS)
• Space Telescope Science Institute (héritage Hubble Frontier Fields)
• Chandra X‑ray Center / Smithsonian Astrophysical Observatory (observations en rayons X)
• National Radio Astronomy Observatory (données radio du Very Large Array)
• Conseil national de recherches Canada (contributions d'images : C. Willott)
• INAF — Osservatorio Astronomico di Roma (contributions d'images : R. Tripodi)