Une équipe de scientifiques a prédit le retour scientifique de l’une des ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope’s groundbreaking planned surveys, which will analyze millions of galaxies strewn across space and time. The mission’s enormous, deep panoramas will provide the best opportunity yet to discern between the leading theories about what’s speeding up the universe’s expansion.
Roman will explore this mystery using multiple methods, including spectroscopy – the study of the color information in light. This technique will allow scientists to precisely measure how fast the universe expanded in different cosmic eras and trace how the universe has evolved.
Cette vidéo se dissout entre six cubes pour montrer la distribution simulée des galaxies à des décalages vers le rouge de 9, 7, 5, 3, 2 et 1, avec les âges cosmiques correspondants indiqués. Au fur et à mesure que l’univers s’étend, la densité de galaxies dans chaque cube diminue, passant de plus d’un demi-million dans le premier cube à environ 80 dans le dernier. Chaque cube a un diamètre d’environ 100 millions d’années-lumière. Les galaxies se sont assemblées le long de vastes cordons de gaz séparés par de grands vides, une structure en forme de mousse dont on retrouve l’écho dans l’univers actuel à de grandes échelles cosmiques. Crédit : Centre de vols spatiaux Goddard de la NASA/F. Reddy et Z. Zhai, Y. Wang (IPAC) et A. Benson (Carnegie Observatories)
“Notre étude prévoit la science que le relevé spectroscopique de Roman permettra et montre comment divers ajustements pourraient optimiser sa conception”, a déclaré Yun Wang, chercheur principal à Caltech/IPAC à Pasadena, en Californie, et auteur principal de l’étude. En tant que centre de soutien scientifique romain, l’IPAC sera responsable du traitement des données scientifiques spectroscopiques de la mission, tandis que le Space Telescope Science Institute de Baltimore sera chargé du traitement des données scientifiques d’imagerie, de la génération de catalogues et du soutien aux pipelines de traitement des données cosmologiques. “Bien que cette étude soit conçue pour explorer l’accélération cosmique, elle fournira également des indices sur de nombreux autres mystères passionnants. Il nous aidera à comprendre la première génération de galaxies, nous permettra de cartographier la matière noire et nous révélera même des informations sur des structures beaucoup plus proches de nous, dans notre groupe local de galaxies.”
Cette animation montre la séquence et la disposition du motif de tuiles du relevé spectroscopique à haute latitude du télescope spatial romain. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA.
Le télescope spatial Roman, dont le lancement est prévu pour mai 2027, offrira une vue tellement énorme de l’univers qu’il aidera les scientifiques à étudier les mystères cosmiques d’une manière sans précédent. Chaque image contiendra des mesures précises d’un si grand nombre d’objets célestes qu’elle permettra des études statistiques impossibles à réaliser avec des télescopes aux vues plus étroites.
Dans les plans actuels, Roman enquête de spectroscopie couvrira près de 2 000 degrés carrés, soit environ 5 % du ciel, en un peu plus de sept mois. Les résultats de l’équipe ont montré que l’étude devrait révéler les distances précises de 10 millions de galaxies datant de l’époque où l’univers avait entre 3 et 6 milliards d’années, car la lumière qui atteint le télescope a commencé son voyage lorsque l’univers était beaucoup plus jeune. Ces mesures permettront aux astronomes de cartographier la structure à grande échelle du cosmos, qui ressemble à une toile. L’étude dévoilera également les distances de 2 millions de galaxies datant d’une période encore plus ancienne de l’histoire de l’univers, lorsqu’il n’avait que 2 à 3 milliards d’années – un territoire inexploré de la structure cosmique à grande échelle.
Les résultats de l’équipe sont publiés dans The Astrophysical Journal.
Lire l’arc-en-ciel
Presque toutes les informations que nous recevons de l’espace proviennent de la lumière. Roman utilisera la lumière pour capturer des images, mais il l’étudiera également en la décomposant en couleurs individuelles. Les motifs détaillés des longueurs d’onde, appelés spectres, révèlent des informations sur l’objet qui a émis la lumière, notamment la vitesse à laquelle il s’éloigne de nous. Les astronomes appellent ce phénomène “décalage vers le rouge” car lorsqu’un objet s’éloigne, toutes les ondes lumineuses que nous recevons de lui sont étirées et décalées vers des longueurs d’onde plus rouges.
Ce graphique illustre le fonctionnement du décalage vers le rouge cosmologique et la manière dont il fournit des informations sur l’évolution de l’univers. L’univers est en expansion, et cette expansion étire la lumière qui voyage dans l’espace. Plus elle est étirée, plus le décalage vers le rouge est important et plus la distance parcourue par la lumière est grande.a voyagé. Par conséquent, nous avons besoin de télescopes équipés de détecteurs infrarouges pour voir la lumière des premières galaxies les plus lointaines. Crédit : NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Dans les années 1920, les astronomes Georges Lemaître et Edwin Hubble ont utilisé les décalages vers le rouge pour faire la découverte surprenante que, à de très rares exceptions près, les galaxies s’éloignent de nous et les unes des autres à des vitesses différentes selon leur distance. En déterminant à quelle vitesse les galaxies s’éloignent de nous, portées par l’implacable expansion de l’espace, les astronomes peuvent savoir à quelle distance elles se trouvent – plus le spectre d’une galaxie est décalé vers le rouge, plus elle est éloignée.
L’étude spectroscopique de Roman permettra de créer une carte en 3D de l’univers en mesurant les distances et les positions précises de millions de galaxies. En apprenant comment la distribution des galaxies varie en fonction de la distance, et donc du temps, nous aurons une idée de la rapidité avec laquelle l’univers s’est étendu au cours des différentes ères cosmiques.
Cette étude permettra également d’établir un lien entre les distances des galaxies et les échos des ondes sonores émis juste après le big bang. Ces ondes sonores, appelées oscillations acoustiques baryoniques (BAO), ont grandi avec le temps en raison de l’expansion de l’espace et ont laissé leur empreinte sur le cosmos en influençant la distribution des galaxies. Pour toute galaxie moderne, nous avons plus de chances de trouver une autre galaxie à environ 500 millions d’années-lumière que d’en trouver une légèrement plus proche ou plus éloignée.
En regardant plus loin dans l’univers, à des époques cosmiques antérieures, on constate que cette distance physique préférée entre les galaxies – vestige des ondulations BAO – diminue. Cela permet de mesurer l’histoire de l’expansion de l’univers. Les décalages vers le rouge des galaxies encodent également des informations sur leur mouvement dû à la gravité de leurs voisines, appelées distorsions spatiales de décalage vers le rouge, qui aident les astronomes à retracer l’histoire de la croissance de la structure à grande échelle. L’étude de l’expansion du cosmos et de la croissance de ses structures au fil du temps permettra aux scientifiques d’explorer la nature de l’accélération cosmique et de tester la théorie de la gravité d’Einstein sur l’âge de l’univers.
L’énergie sombre contre la gravité modifiée
Au fur et à mesure que l’univers s’étend, la gravité de la matière qu’il contient devrait ralentir cette expansion. Les astronomes ont été surpris d’apprendre que l’expansion de l’univers s’accélère, car cela signifie que quelque chose dans notre image du cosmos est soit erroné, soit incomplet. Le mystère pourrait s’expliquer par l’ajout d’une nouvelle composante énergétique à l’univers, que les scientifiques ont baptisée énergie sombre, ou indiquer que la théorie de la gravité d’Einstein – la théorie générale de la relativité – doit être modifiée.
Modifier les équations qui décrivent un phénomène aussi fondamental que la gravité peut sembler extrême, mais cela a déjà été fait auparavant. La loi de la gravité d’Isaac Newton ne pouvait pas expliquer certaines des choses observées par les astronomes, comme un petit mais mystérieux mouvement dans l’orbite de Mercure.
Les astronomes ont finalement réalisé que la théorie générale de la relativité d’Einstein rendait parfaitement compte des problèmes qui étaient apparus, comme le déplacement orbital de Mercure. Passer de la description de la gravité de Newton à celle d’Einstein impliquait de transformer la physique moderne en changeant notre façon de voir l’espace et le temps – interconnectés, au lieu d’être séparés et constants.
Ces six cubes montrent la distribution simulée des galaxies à des décalages vers le rouge de 9, 8, 5, 3, 2 et 1, avec les âges cosmiques correspondants. Au fur et à mesure que l’univers s’étend, la densité de galaxies dans chaque cube diminue, passant de plus d’un demi-million en haut à gauche à environ 80 en bas à droite. Chaque cube a un diamètre d’environ 100 millions d’années-lumière. Les galaxies se sont assemblées le long de vastes cordons de gaz séparés par de grands vides, une structure en forme de mousse dont on retrouve l’écho dans l’univers actuel à de grandes échelles cosmiques. Crédit : Centre de vols spatiaux Goddard de la NASA/F. Reddy et Z. Zhai, Y. Wang (IPAC) et A. Benson (Carnegie Observatories).
L’accélération cosmique pourrait être le signe que la théorie de la gravité d’Einstein n’est pas encore tout à fait exacte. La relativité générale est extrêmement bien testée sur des échelles physiques de la taille de notre système solaire, mais elle l’est moins lorsque nous passons à des échelles cosmologiques plus grandes. L’équipe a simulé les performances de Roman et a démontré que les énormes images 3D profondes de l’univers fournies par la mission constitueront l’une des meilleures occasions à ce jour de discerner entre les principales théories qui tentent d’expliquer l’accélération cosmique.
“Nous pouvons nous attendre à une nouvelle physique dans les deux cas – que nous apprenions que l’accélération cosmique est causée par l’énergie sombre ou que nous découvrions que nous devons modifier la théorie de la gravité d’Einstein”, a déclaré Wang. “Roman va tester les deux théories en même temps”.
Référence : “The High Latitude Spectroscopic Survey onthe Nancy Grace Roman Space Telescope” par Yun Wang, Zhongxu Zhai, Anahita Alavi, Elena Massara, Alice Pisani, Andrew Benson, Christopher M. Hirata, Lado Samushia, David H. Weinberg, James Colbert, Olivier Doré, Tim Eifler, Chen Heinrich, Shirley Ho, Elisabeth Krause, Nikhil Padmanabhan, David Spergel et Harry I. Teplitz, 22 mars 2022, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac4973
Le télescope spatial Nancy Grace Roman est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et du Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute à Baltimore, et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de diverses institutions de recherche. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation à Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Melbourne, Floride ; et Teledyne Scientific & ; Imaging à Thousand Oaks, Californie.
