Résumé :
Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA est sur le point d'être lancé. Ce télescope observera l'univers d'une toute nouvelle manière : tout en conservant une clarté d'imagerie comparable à celle du télescope spatial Hubble, il aura un champ de vision beaucoup plus large, aidant ainsi les scientifiques à étudier l'énergie noire, la matière noire, les galaxies lointaines, les étoiles mourantes et les planètes cachées dans l'éblouissement d'autres étoiles.
Le télescope spatial romain n'est qu'à un jour du lancement. En tant que prochaine mission astrophysique phare lancée par la NASA après le télescope spatial James Webb, il deviendra l'un des premiers télescopes spatiaux capables d'étudier l'univers à grande échelle et avec une grande efficacité. La NASA s'attend à ce que le télescope romain commence ses observations scientifiques en janvier 2027.
Plusieurs professeurs et étudiants de l'Université de l'Arizona se rendront à Cap Canaveral, en Floride, pour participer au lancement de cette importante mission. Le 24 août 2026, le télescope spatial romain a terminé l'emballage du carénage et sera ensuite amarré à la fusée Falcon Heavy.
Le télescope spatial James Webb est principalement utilisé pour observer en profondeur une zone relativement petite de l'univers, tandis que l'avantage exceptionnel du télescope spatial romain est sa large couverture. Les deux télescopes sont capables d'observer la lumière infrarouge, de sorte que les astronomes peuvent combiner leurs observations pour obtenir une image plus complète de l'univers qu'il serait difficile d'obtenir avec l'un ou l'autre télescope seul.
Le miroir principal du télescope romain mesure environ 2,4 mètres de diamètre, soit la même taille que le miroir principal du télescope spatial Hubble. Cependant, Lohmann emportera un instrument qui élargira considérablement la gamme d'observations. Son instrument à grand champ est capable de capturer environ 100 fois la superficie du ciel que la caméra de Hubble tout en conservant une sensibilité similaire à celle de Hubble.
Le télescope spatial Hubble fonctionne depuis plus de 30 ans et a observé environ 0,1 % du ciel nocturne. En revanche, le télescope Lohmann devrait couvrir la totalité du ciel avec le même niveau de résolution. Un champ de vision aussi large le rendra particulièrement efficace pour trouver des objets rares, notamment des étoiles mourantes, des planètes nouvellement formées et des amas de galaxies géantes.
Des chercheurs de l'Université de l'Arizona seront impliqués dans l'analyse de ces données d'observation et dans la recherche de nouvelles découvertes scientifiques.
La matière noire et l'énergie noire sont les principales cibles de recherche du télescope romain, et ce sont également les deux mystères les plus profonds de la cosmologie moderne. La matière noire elle-même n'émet pas de lumière, mais sa gravité affecte les galaxies et autres structures de l'univers. L’énergie sombre est ce que les scientifiques appellent une influence mystérieuse qui semble accélérer l’expansion de l’univers. La matière noire et l’énergie noire constituent ensemble presque tous les ingrédients de l’univers.
La NASA a sélectionné le laboratoire de cosmologie de l'Arizona de l'Université de l'Arizona pour soutenir deux études visant à révéler la nature de la matière noire et de l'énergie noire. L’un implique l’équipe scientifique à grande échelle et l’autre est responsable de la construction de l’infrastructure du projet.
Elizabeth Krauser, professeur d'astronomie et de physique à l'Université de l'Arizona, dirige l'équipe scientifique à large champ "Recherche sur les lentilles gravitationnelles cinématiques à l'aide du télescope spatial romain". L'équipe a reçu un financement de 2 millions de dollars pour développer une méthode de mesure cosmologique appelée « lentille gravitationnelle cinématique ».
Les chercheurs prévoient de combiner les images prises par Roman avec des données spectrales pour mesurer la matière noire et l'énergie noire plus précisément que jamais.
Une autre équipe de l'Université de l'Arizona sera également responsable de la construction des infrastructures du projet de collaboration multi-institutionnel « Maximiser les résultats de la science cosmologique à l'aide du Lohmann High-latitude Imaging Survey ». Tim Eifler, professeur d'astronomie et de physique, dirige le groupe de travail chargé d'interpréter les données de la cosmologie romaine.
Le télescope romain détectera les galaxies plus proches de la Terre ainsi que les galaxies extrêmement lointaines. Les astronomes localiseront ces galaxies et mesureront leurs propriétés, créant ainsi un vaste catalogue de galaxies. Les chercheurs utiliseront ensuite des modèles informatiques pour traduire ces catalogues en informations sur les lois physiques fondamentales de l'univers.
La réalisation de ce travail nécessite une puissance de calcul importante. Le programme Lohmann de la NASA a alloué 800 000 $ au laboratoire Eifler pour l'achat de ressources informatiques. Ces ressources feront partie d’un nouveau système informatique haute performance à l’échelle universitaire qui devrait être mis en place cet automne. Le laboratoire d'Eifler recevra également 2,4 millions de dollars au cours des cinq prochaines années pour mener des recherches connexes.
Eifler a déclaré que cette infrastructure aidera les chercheurs à achever la conversion des catalogues de galaxies en explications cosmologiques, leur permettant ainsi de déterminer le contenu de l'énergie noire et de la matière noire dans l'univers. Il est également coprésident du Cosmology Group, qui rassemble plus de 1 000 scientifiques du monde entier. Eifler a déclaré que pouvoir organiser la communauté mondiale de la recherche scientifique pour collaborer autour de cet objectif scientifique est un « travail de rêve ».
Le télescope spatial romain dessinera non seulement des cartes à grande échelle de l'univers, mais testera également de nouvelles méthodes de photographie directe des exoplanètes. Le coronographe qu'il transporte utilisera des boucliers lumineux, des prismes, des détecteurs, des filtres et des miroirs auto-ajustables pour supprimer la lumière extrêmement intense de l'étoile.
Lorsque la lumière vive de l'étoile est affaiblie, les astronomes ont la possibilité d'observer des planètes et des disques de poussière beaucoup plus faibles en orbite autour de l'étoile.
À l'heure actuelle, la plupart des exoplanètes découvertes par l'homme s'appuient sur des méthodes indirectes pour les confirmer. Par exemple, les scientifiques peuvent mesurer les minuscules baisses de lumière des étoiles provoquées par le passage des planètes devant les étoiles. Le coronographe de Roman adoptera une approche différente, en essayant de révéler directement la planète elle-même.
Cet instrument devrait être capable de détecter des planètes 100 millions de fois plus sombres que leurs étoiles hôtes. Par rapport aux coronographes spatiaux existants, ses performances seront améliorées d'environ 100 à 1 000 fois.
Skyler Wolf, professeur de recherche agrégé en astronomie et qui dirige le groupe de travail sur la planification des observations du coronographe, a déclaré que la technologie fournira une validation critique pour les futurs observatoires mondiaux habitables. L'Observatoire du Monde Habitable est un projet de télescope proposé spécifiquement conçu pour rechercher des signes de vie possible dans d'autres systèmes stellaires.
Plusieurs chercheurs de l'Université d'Arizona ont participé au développement du coronographe romain et participeront à de futures observations, notamment le directeur du laboratoire lunaire et planétaire Mark Marley, le professeur agrégé d'astronomie Euan S. Douglas, le professeur adjoint de recherche à l'Observatoire Steward Lamia Anche et l'assistant de recherche postdoctoral en astronomie Justin Holm.
Maley travaillera avec Ty Robinson, professeur associé au Laboratoire lunaire et planétaire, et Zara Brown, associée de recherche postdoctorale, pour utiliser les données du coronographe afin d'étudier les atmosphères d'objets en dehors de notre système solaire.
Brown a construit des modèles climatiques et spectraux des planètes géantes auto-lumineuses. Ces planètes sont souvent très jeunes et extrêmement chaudes, produisant leur propre lumière infrarouge thermique. Son modèle peut prédire la température atmosphérique d'une planète, sa composition chimique, les conditions nuageuses et le spectre infrarouge que chaque planète est susceptible d'émettre.
Ces prédictions sont importantes car bon nombre de ces objets n'ont jamais été étudiés dans ces longueurs d'onde auparavant. Brown a déclaré que les spectres prédits sont essentiels à la planification des observations. Le coronographe romain fait face à des cibles extrêmement faibles et très contrastées. L'équipe de recherche doit donc prévoir un temps d'observation suffisant pour garantir que les cibles candidates peuvent être détectées, tout en n'occupant pas trop les ressources d'observation limitées de la mission.
L'équipe d'Anche étudie la structure des systèmes exoplanétaires. Holm est chargé de trouver les étoiles les plus adaptées à l'étalonnage du coronographe et de diriger également des projets d'observation préliminaires utilisant des télescopes au sol pour soutenir les futures cibles de confirmation des missions romaines.
Le télescope spatial romain devrait commencer ses opérations scientifiques en janvier 2027, lorsque les données d'observation qu'il obtient seront ouvertes à la communauté scientifique mondiale. L'Université de l'Arizona sera responsable de neuf projets de recherche sur les données romaines approuvés par la NASA et bénéficiant d'un financement connexe de plus de 2 millions de dollars.
Le champ de recherche de ces projets inclut non seulement l'énergie noire et les exoplanètes, mais également des sujets tels que les trous noirs supermassifs, les lentilles gravitationnelles, la formation de galaxies, les processus de réionisation et la poussière cosmique.
Avec des détails d'imagerie similaires à ceux du télescope spatial Hubble et un champ de vision bien au-delà de Hubble, le télescope spatial romain aidera les scientifiques à découvrir des objets célestes que les autres télescopes ont tendance à manquer, et à révéler davantage comment ces découvertes s'intègrent dans le tableau plus large de l'évolution de l'univers.
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