Moins d’un an et demi après le début de sa mission première, le Télescope spatial James Webb (JWST) a déjà révolutionné l’astronomie telle que nous la connaissons. Grâce à ses optiques avancées, son imagerie infrarouge et ses spectromètres, le JWST nous a fourni les images les plus détaillées et les plus époustouflantes du cosmos à ce jour. Mais dans les années à venir, ce télescope et ses pairs seront rejoints par un autre instrument de nouvelle génération : le Télescope spatial romain Nancy Grace (RST). Nommé d’après “la mère de Hubble”, romain ramassera où Hubble quitté en scrutant le début des temps.
Comme Hubble, le RST disposera d’un miroir primaire de 2,4 mètres (7,9 pieds) et d’instruments avancés pour capturer des images dans différentes longueurs d’onde. Cependant, le RST disposera également d’un gigantesque appareil photo de 300 mégapixels – le Wide Field Instrument (WFI) – qui permettra un champ de vision deux cent fois supérieur à celui de Hubble. Dans une étude récente, une équipe internationale de chercheurs dirigée par la NASA a décrit une simulation qu’elle a créée et qui prévisualisait ce que le RST pouvait voir. L’ensemble de données qui en résultera permettra de nouvelles expériences et opportunités pour le RST une fois qu’il sera dans l’espace en 2027.
L’équipe comprenait des chercheurs de la Division des sciences astrophysiques du Goddard Space Flight Center de la NASA, du Centre d’astrophysique computationnelle du Flatiron Institute, de l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ), de l’Observatoire astronomique sud-africain (SAAO), du Space Telescope Science Institute (STScI ), l’Observatoire européen austral (ESO), le Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy, l’Ecole Polytechnique Fédeérale de Lausanne (EPFL) et plusieurs universités.
La simulation était basée sur une théorie éprouvée de la formation des galaxies qui intègre le modèle cosmologique le plus largement accepté – le modèle Lambda Cold Dark Matter (LCDM). Cela a permis à l’équipe de simuler cinq cônes de lumière mesurant deux degrés carrés de diamètre (environ dix fois la taille apparente d’une pleine lune) contenant chacun plus de 5 millions de galaxies. Ces galaxies étaient réparties sur le spectre du décalage vers le rouge (z=1-10), correspondant à des distances de 1 million et plus de 13 milliards d’années-lumière.
L’article décrivant leurs résultats a été publié dans Les avis mensuels de la Royal Astronomical Society en décembre 2022. Aaron Yung, chercheur postdoctoral au Goddard Space Flight Center de la NASA qui a dirigé l’étude, a déclaré dans un récent communiqué de presse de la NASA :
“Les télescopes spatiaux Hubble et James Webb sont optimisés pour étudier les objets astronomiques en profondeur et de près, ils ressemblent donc à regarder l’univers à travers des trous d’épingle. Pour résoudre les mystères cosmiques aux plus grandes échelles, nous avons besoin d’un télescope spatial qui peut fournir une vue beaucoup plus large. C’est exactement ce pour quoi Roman est conçu.
Lorsqu’il commencera ses opérations, ces simulations et d’autres fourniront aux astronomes un cadre qui pourra être comparé aux données d’observation. Cela permettra aux scientifiques d’examiner leurs modèles astrophysiques et cosmologiques, avec des implications pour tout, de la formation et de l’évolution des galaxies à la matière noire, l’énergie noire et bien plus encore. Cela sera possible grâce à Romains capacité à combiner un champ de vision de deux ordres de grandeur plus grand que Hubble (et une résolution angulaire correspondante) avec une spectroscopie avancée.
Par exemple, en observant comment la matière noire provoque la déformation et l’amplification de la lumière d’objets plus éloignés (lentille gravitationnelle), romain nous aidera à voir comment Dark Matter Haloes s’est développé au fil du temps. Alors qu’il faudrait près d’un siècle (ou plus) à d’autres télescopes spatiaux pour cartographier ces vastes structures cosmiques, romain pourrait faire le même travail dans les 63 jours. En plus de son large champ de vision, cela sera rendu possible grâce à la vitesse de rotation rapide et à la structure rigide de l’observatoire. Essentiellement, romain peut se déplacer rapidement d’une cible à l’autre puisque ses composants (comme les panneaux solaires) sont fixés en place.
Cela signifie que les vibrations causées par le repositionnement s’atténueront rapidement, réduisant ainsi le temps d’attente entre les acquisitions d’images. “Roman prendra environ 100 000 photos chaque année”, a déclaré Jeffrey Kruk, chercheur en astrophysicien à la NASA Goddard (et co-auteur de l’article). “Donné romain‘s plus grand champ de vision, il faudrait plus de temps que nos vies même pour des télescopes puissants comme Hubble ou Webb pour couvrir autant de ciel.
Un autre aspect passionnant du RST est la manière dont il collaborera avec d’autres observatoires pour étudier l’Univers plus en détail. Cela comprend l’identification des cibles pour les études de suivi à l’aide de Hubblela couverture de longueur d’onde plus large et Webbdes observations infrarouges plus détaillées. Cela fournira des études approfondies d’objets cosmiques allant des galaxies et des amas de galaxies aux exoplanètes et aux objets du système solaire. Dit Yung :
«Roman aura la capacité unique de correspondre à la profondeur du Hubble Ultra Deep Field, tout en couvrant plusieurs fois plus de surface de ciel que les vastes enquêtes telles que l’enquête CANDELS. Une telle vue complète de l’univers primitif nous aidera à comprendre à quel point les instantanés de Hubble et Webb sont représentatifs de ce qu’il était alors.
“Des simulations comme celles-ci seront cruciales pour connecter des études sans précédent de grandes galaxies de Roman à l’échafaudage invisible de matière noire qui détermine la distribution de ces galaxies”, a ajouté Sangeeta Malhotra, astrophysicienne chez Goddard et co-auteur de l’article. Au total, la simulation fournit des prévisions sur la densité numérique des galaxies, les taux de formation d’étoiles (SFR), la variance champ à champ et les fonctions de corrélation angulaire à deux points. Il montre également comment les futurs levés à grand champ pourront améliorer ces mesures par rapport aux levés actuels.
En plus du RST, les simulations de l’équipe fournissent également la photométrie de plusieurs autres instruments sur les prochains observatoires. Cela inclut les ESA Euclide mission et l’observatoire Vera Rubin, un télescope spatial qui étudiera l’énergie noire et un observatoire au sol qui caractérisera des millions d’objets dans le système solaire (respectivement). Les deux missions devraient être lancées ou commencer à collecter de la lumière plus tard cette année. Les années à venir seront une période passionnante pour les astronomes et les cosmologistes. Et, avec un peu de chance, révélateur !
Lectures complémentaires : Nasa, MNRAS
