Le télescope spatial romain est un observatoire de la NASA conçu pour percer les secrets de l’énergie noire et de la matière noire, rechercher et imager des exoplanètes et explorer de nombreux sujets en astrophysique infrarouge. Crédit : NASA
Une équipe de scientifiques a prévu l’impact scientifique de l’enquête sur les zones étendues à haute latitude du télescope spatial romain Nancy Grace sur des questions critiques en cosmologie. Ce programme d’observation comprendra à la fois l’imagerie, qui révèle les emplacements, les formes, les tailles et les couleurs d’objets comme les galaxies lointaines, et la spectroscopie, qui consiste à mesurer l’intensité de la lumière de ces objets à différentes longueurs d’onde, à travers la même énorme bande de la univers. Les scientifiques seront en mesure d’exploiter la puissance d’une variété de techniques de recoupement à l’aide de ce riche ensemble de données, qui promet un regard sans précédent sur certains des problèmes les plus épineux de la cosmologie.
Lorsqu’il commencera ses travaux en 2027, Roman produira des résultats impossibles à obtenir avec les télescopes existants. Son impact sera encore renforcé en s’associant à d’autres nouvelles installations comme l’observatoire Vera C. Rubin, un nouveau télescope à grand champ en cours de construction au sommet du Cerro Pachón au Chili. Prévu pour commencer ses opérations complètes d’ici 2024, l’enquête prévue sur 10 ans de Rubin s’étend sur la mission principale de cinq ans de Roman.
Cette illustration compare les tailles relatives des zones du ciel couvertes par deux relevés : le relevé étendu de Roman à haute latitude, délimité en bleu, et la plus grande mosaïque dirigée par Hubble, le relevé sur l’évolution cosmologique (COSMOS), représenté en rouge. Dans les plans actuels, l’enquête romaine sera plus de 1 000 fois plus large que celle de Hubble. Roman explorera également des royaumes de l’espace plus éloignés que la plupart des autres télescopes ne l’ont sondé dans les efforts précédents pour étudier pourquoi l’expansion de l’univers s’accélère. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
“En prédisant le retour de la science de Roman, nous espérons aider la communauté scientifique à développer la meilleure stratégie pour observer le cosmos”, a déclaré Tim Eifler, professeur adjoint à l’Université d’Arizona à Tucson. “Nous attendons avec impatience les images et les données que la mission nous renverra pour nous aider à mieux comprendre certains des plus grands mystères de l’univers.”
Les résultats de l’équipe sont décrits dans deux articles dirigés par Eifler et publiés dans l’édition d’octobre des Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. L’étude fait partie d’un effort d’une équipe plus large de scientifiques de renommée mondiale pour se préparer à analyser les données cosmologiques de Roman.
“Notre étude n’a été possible que grâce à toute l’expertise, des théoriciens aux observateurs, qui est présente dans l’équipe plus large”, a déclaré Eifler.
Un observatoire aux multiples talents
La mission romaine doit son approche à multiples facettes à sa combinaison d’imagerie et de spectroscopie à travers un champ de vision énorme, qui permet deux techniques cosmologiques principales : l’amas de galaxies et la lentille gravitationnelle faible. La première mesure les positions exactes de centaines de millions de galaxies faibles. La lentille faible mesure la façon dont les images des galaxies ont été déformées par la gravité de la matière intermédiaire. Avec sa vue large et profonde, Roman permettra aux scientifiques d’étudier la structure et l’évolution de l’univers et d’explorer le concept d’accélération cosmique comme jamais auparavant.
Apprendre comment l’univers a évolué jusqu’à son état actuel offrira des indices sur ce qui accélère l’expansion de l’univers. En plus de la lentille faible et du clustering de galaxies, Roman étudiera ce mystère de plusieurs manières, y compris la recherche dans le ciel d’un type spécial d’étoile explosive appelée supernova de type Ia. La mission sondera également l’accélération cosmique en mesurant les masses et les décalages vers le rouge des amas de galaxies, les plus grandes structures de l’univers. Le nombre et la taille de ces structures dépendent de la façon dont la vitesse d’expansion de l’univers change.
“L’utilisation de plusieurs méthodes différentes pour étudier la cause de l’accélération cosmique aidera les astronomes à réduire considérablement l’incertitude qui a affecté les mesures d’expansion”, a déclaré Hironao Miyatake, professeur agrégé à l’Université de Nagoya au Japon et co-auteur des articles. “Chaque méthode recoupera les autres, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles Roman sera en mesure de fournir des résultats extrêmement précis.”
La combinaison d’autant de méthodes d’observation permettra également aux astronomes d’enquêter sur d’autres mystères, notamment la détermination de la quantité de matière noire – une matière invisible qui n’est détectable que par ses effets gravitationnels – et le suivi de la croissance des trous noirs dans l’univers primitif qui forment les graines de galaxies massives.
“Roman est conçu spécifiquement pour résoudre des mystères tels que l’accélération cosmique, mais sa vue énorme de l’univers révélera un trésor de données qui pourraient également aider à expliquer d’autres énigmes”, a déclaré Elisabeth Krause, professeure adjointe à l’Université d’Arizona et un co-auteur des articles. “La mission pourrait même aider à répondre à des questions que personne n’a encore pensé à poser.”
Faire équipe avec Rubin
Roman n’est pas le seul observatoire conçu pour sonder l’accélération cosmique. Dans un article, l’équipe a exploré comment Roman va travailler main dans la main avec un autre télescope : l’observatoire Rubin. Nommé en l’honneur de l’astronome américaine Vera Rubin, qui a montré que les galaxies sont principalement constituées de matière noire, l’observatoire Rubin utilisera son miroir primaire de 8,4 mètres (27,4 pieds) pour effectuer une étude vraiment gigantesque du ciel, couvrant environ 44% de la ciel sur 10 ans.
“Les observations de Roman commenceront, en termes de longueur d’onde, là où se terminent les observations de Rubin”, a déclaré Eifler. “Roman prévoit de voir une zone plus petite du ciel, mais il verra beaucoup plus profondément et générera des images plus claires car il sera situé au-dessus de l’atmosphère terrestre.”
La stratégie d’observation actuelle de Roman’s High Latitude Wide Area Survey permettra d’observer environ 5 % du ciel – 2 000 degrés carrés – sur une période d’environ un an. Cependant, l’équipe a illustré comment la modification de la conception de l’enquête pourrait donner des résultats convaincants. L’enquête pourrait être étendue, par exemple, pour couvrir une plus grande partie de la même zone que Rubin observera. Ou il pourrait observer les galaxies à l’aide d’un seul filtre large, au lieu d’imager avec quatre filtres distincts, permettant des observations plus rapides tout en conservant la profondeur de l’enquête.
“C’est passionnant de considérer les avantages que nous gagnerions à fusionner les observations des deux télescopes”, a déclaré Krause. « Roman tirera profit du champ d’observation plus vaste de Rubin, et Rubin gagnera énormément à avoir des observations plus approfondies avec la meilleure qualité d’image de Roman. Les missions s’amélioreront grandement les unes les autres.
Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré à NasaGoddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de divers instituts 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, en Californie.
