Les couleurs des images du télescope Webb sont-elles « fausses » ?

Une image en noir et blanc d'une nébuleuse est mise en contraste avec une image en couleur, résultat d'un travail de traitement par des scientifiques.

Sur la gauche se trouve une image monochromatique montrant les données infrarouges de Webb de la nébuleuse de l’anneau sud. Sur la droite se trouve une image traitée montrant la même vue en couleur.
Image: Gizmodo/NASA, ESA, CSA et STScI

Le 12 juillet, le premières images en couleur du télescope spatial Webb a montré d’innombrables nébuleuses, galaxies et une exoplanète gazeuse comme on ne les avait jamais vues auparavant. Mais Webb ne collecte que la lumière infrarouge et proche infrarouge, que l’œil humain ne peut pas voir – alors d’où viennent ces magnifiques couleurs ?

Les développeurs d’images de l’équipe Webb sont chargés de transformer les données d’image infrarouge du télescope en certaines des vues les plus vives du cosmos que nous ayons jamais eues. Ils attribuent diverses longueurs d’onde infrarouges aux couleurs du spectre visible, les rouges, bleus, jaunes familiers, etc. Mais bien que les images traitées de l’équipe Webb ne soient pas au sens propre ce que le télescope a vu, ils ne sont guère inexacts.

“Quelque chose que j’ai essayé de faire changer d’avis, c’est d’arrêter de m’accrocher à l’idée de” est-ce à quoi cela ressemblerait si je pouvais voler là-bas dans un vaisseau spatial et le regarder? “, A déclaré Joe DePasquale, un développeur principal d’images de données au Space Telescope Science Institute, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo. “Vous ne demandez pas à un biologiste si vous pouvez en quelque sorte vous réduire à la taille d’une cellule et regarder le coronavirus.”

Les images MIRI (à gauche) et NIRCam (à droite) du champ profond SMACS 0723 montrent comment les deux instruments imagent l'espace différemment.

Webb’s premières images de test aidé à vérifier l’alignement de ses miroirs et capturé un photo teintée d’orange du Grand Nuage de Magellan. Ces premiers instantanés n’étaient pas des images couleur représentatives; l’un utilisait un filtre monochromatique (son image était en niveaux de gris) et l’autre se contentait de traduire la lumière infrarouge dans les bandes de couleur visible rouge à jaune, afin que l’équipe puisse voir certaines caractéristiques du nuage qu’elles avaient imagé. Mais maintenant, avec le télescope en marche, les images qui sont publiées sont pleines de couleurs flamboyantes, comme cette récente portrait de la galaxie de la roue de charrette.

L’astronomie se fait souvent en dehors du spectre visible, car bon nombre des objets les plus intéressants de l’espace brillent dans l’ultraviolet, les rayons X et même les ondes radio (la catégorie dans laquelle la lumière tombe dépend de la longueur d’onde du photon). Le télescope Webb est conçu pour voir la lumière infrarouge, dont les longueurs d’onde sont plus longues que la lumière visible rouge mais plus courtes que les micro-ondes.

La lumière infrarouge peut pénétrer d’épais nuages ​​de gaz et de poussière dans l’espace, permettant aux chercheurs de voir des secrets auparavant cachés de l’univers. Ce qui intrigue particulièrement les scientifiques, c’est que la lumière de l’univers primitif a été étirée à mesure que l’univers s’est étendu, ce qui signifie que ce qui était autrefois de la lumière ultraviolette ou visible peut maintenant être infrarouge (ce que l’on appelle la lumière “décalée vers le rouge”).

Un graphique montrant comment les ondes infrarouges sont légèrement plus longues que les ondes lumineuses visibles, ce qui les rend plus rouges que la lumière visible la plus rouge.

“Ce sont des instruments que nous avons conçus pour étendre la puissance de notre vision, pour aller au-delà de ce que nos yeux sont capables de faire pour voir la lumière à laquelle nos yeux ne sont pas sensibles, et pour résoudre des objets que nous pouvons probablement voir avec seulement notre yeux », a déclaré DePasquale. “J’essaie de faire ressortir le plus de détails et la plus grande richesse de couleurs et de complexité inhérentes aux données sans rien changer.”

Les images brutes de Webb sont tellement chargées de données qu’elles doivent être réduites avant de pouvoir être traduites en lumière visible. Les images doivent également être nettoyées des artefacts tels que les rayons cosmiques et les réflexions des étoiles brillantes qui frappent les détecteurs du télescope. Si vous regardez une image Webb avant que le travail de traitement ne soit terminé, cela ressemblera à un rectangle noir parsemé de quelques points blancs.

Une image brute de la nébuleuse Carina telle que vue par NIRCam est principalement noire pour l'œil humain, avec quelques points blancs provenant de certaines sources de lumière.  Il est clair que la lumière infrarouge ne peut pas être vue par l'œil humain.

Une image brute de la nébuleuse Carina vue par NIRCam, avant que la lumière infrarouge ne soit traduite en longueurs d’onde visibles.
Image: Institut des sciences du télescope spatial

Les falaises cosmiques de la nébuleuse Carina sont d'une couleur rouille vive contre le bleu profond du gaz ionisé et de l'espace lointain.

“Je pense qu’il y a des connotations qui accompagnent la” colorisation “ou la” fausse couleur “qui impliquent qu’il y a un processus en cours où nous choisissons arbitrairement des couleurs pour créer une image en couleur”, a déclaré DePasquale. “La couleur représentative est le terme le plus préféré pour le type de travail que nous faisons, car je pense qu’il englobe le travail que nous faisons de traduction de la lumière pour créer une image en vraie couleur, mais dans une gamme de longueurs d’onde à laquelle nos yeux ne sont pas sensibles. ”

Les ondes infrarouges plus longues se voient attribuer des couleurs plus rouges et les longueurs d’onde infrarouges les plus courtes se voient attribuer des couleurs plus bleues. (La lumière bleue et violette a les longueurs d’onde les plus courtes dans le spectre visible, tandis que le rouge a la plus longue.) Le processus s’appelle l’ordre chromatique, et le spectre est divisé en autant de couleurs que l’équipe a besoin pour capturer le spectre complet de la lumière représentée dans l’image.

“Nous avons des filtres sur les instruments qui collectent certaines longueurs d’onde de lumière, auxquelles nous appliquons ensuite une couleur qui se rapproche le plus de ce que nous pensons qu’elle sera sur le [visible] spectre », a déclaré Alyssa Pagan, développeur de visuels scientifiques au Space Telescope Science Institute, lors d’un appel téléphonique avec Gizmodo.

L’ordre chromatique dépend aussi des éléments qui sont imagés. Lorsque vous travaillez avec des longueurs d’onde à bande étroite dans la lumière optique – oxygène, hydrogène ionisé et soufre, suggère Pagan – les deux derniers émettent tous deux en rouge. Ainsi, l’hydrogène pourrait être déplacé vers la lumière visible verte, afin de donner plus d’informations au spectateur.

“C’est un équilibre entre l’art et la science, parce que vous voulez mettre en valeur la science et les fonctionnalités, et parfois ces deux choses ne fonctionnent pas nécessairement ensemble”, a ajouté Pagan.


Les premières images couleur représentatives de Webb ont été publiées le 12 juillet, plus de six mois après le lancement du télescope depuis un port spatial de l’ESA en Guyane française. De là, Webb a parcouru environ un million de kilomètres jusqu’à L2, un point dans l’espace où les effets gravitationnels permettent aux engins spatiaux de rester en place sans brûler beaucoup de carburant.

Le télescope s’est déployé sur le chemin de L2, donc une fois là-bas, les scientifiques de la mission ont pu commencer à aligner les miroirs de l’observatoire de 10 milliards de dollars et à mettre en service ses instruments. Le télescope dispose de quatre instruments : une caméra proche infrarouge (NIRCam), un spectrographe proche infrarouge, un instrument moyen infrarouge (MIRI) et un capteur de guidage fin et un spectrographe sans fente pour pointer précisément les cibles et caractériser les atmosphères des exoplanètes.

Les quantités volumineuses de poussière dans certaines galaxies et nébuleuses sont transparentes pour NIRCam, ce qui lui permet de capturer des étoiles brillantes à des longueurs d’onde plus courtes. MIRI, quant à elle, peut observer des disques de matière qui céderont la place aux planètes ainsi que de la poussière réchauffée par la lumière des étoiles.

Lorsque les images du télescope sont assemblées, les processeurs d’images travaillent avec les scientifiques des instruments pour décider quelles caractéristiques d’un objet donné doivent être mises en évidence dans l’image : son gaz chaud, peut-être, ou une queue poussiéreuse et froide.

Un quintette galactique vu dans trois filtres infrarouges moyens.  Dans l'infrarouge moyen, une teinte violette domine les galaxies focalisées, tandis que les galaxies d'arrière-plan sont une collection de rouges, de jaunes et de bleus.

Lorsque Webb a imagé le Quintette de Stephan, un groupement visuel de cinq galaxies, le produit fini était une image de 150 millions de pixels composée de 1 000 images prises à la fois par MIRI et NIRCam. Lorsqu’elle vient d’être vue par MIRI, cependant, la poussière chaude domine l’image. En arrière-plan des images MIRI, des galaxies lointaines brillent de différentes couleurs ; DePasquale a déclaré que l’équipe les appelait “quilles”.

DePasquale et Pagan ont aidé à créer les images Webb telles que nous les verrions éventuellement, riches en couleurs et en signification cosmique. Dans le cas de la prise de vue panoramique des falaises cosmiques de la nébuleuse Carina, différents filtres ont capturé le gaz bleu ionisé et la poussière rouge. Lors des premiers passages sur l’image de la nébuleuse, le gaz a obscurci la structure de la poussière, les scientifiques ont demandé à l’équipe de traitement d’image de “réduire un peu le gaz”, a déclaré Pagan.

Collecter la lumière dans les miroirs hexagonaux de Webb n’est que la moitié de la bataille lorsqu’il s’agit de voir l’univers lointain. Traduire ce qui est là est une autre bête entièrement.

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