Télescope Roman : un champ de vision 100 fois supérieur à celui de Hubble

Le télescope spatial Nancy Grace Roman dispose d’un champ de vision au moins 100 fois plus large que celui des instruments infrarouges du télescope spatial Hubble, lui permettant de capturer l'équivalent de 100 images de qualité Hubble en une seule observation. Alors que Hubble offre des vues profondes en « trou de serrure » du cosmos, l’instrument à grand champ (Wide Field Instrument) de Roman peut imager des zones représentant 1,3 fois la taille de la pleine Lune en un seul cliché. Cette échelle sans précédent permet à Roman de sonder une plus grande partie du ciel au cours de ses cinq premières années que Hubble ne l'a fait en plus de trois décennies d'exploitation.

La NASA prépare actuellement le lancement de cet observatoire de nouvelle génération, dont le passage de la Terre à l'espace profond est prévu dès la fin de l'année 2026. Nommée en l'honneur de la Dr Nancy Grace Roman, première astronome en chef de la NASA et « mère de Hubble », la mission est spécifiquement conçue pour résoudre les plus grands mystères de la physique moderne : la Matière noire et l'énergie noire. En cartographiant la structure à grande échelle de l'univers avec une précision panoramique, Roman fournira la puissance statistique nécessaire pour comprendre pourquoi l'expansion du cosmos s'accélère et comment la matière invisible dicte la formation des galaxies.

Qu'est-ce que le Core Survey de la mission Roman de la NASA ?

Le Core Survey, formellement connu sous le nom de High-Latitude Wide-Area Survey, est un programme d’observation principal qui utilisera le télescope spatial Nancy Grace Roman pour cartographier des centaines de millions de galaxies sur 5 000 degrés carrés du ciel. Couvrant environ 12 % de la sphère céleste en seulement un an et demi, ce relevé combine l'imagerie haute résolution et la spectroscopie pour suivre l'expansion cosmique et la distribution de la Matière noire à travers des milliards d'années-lumière.

Pour obtenir la vue la plus claire possible de l'univers lointain, le relevé regardera vers le « haut » et vers l'« extérieur » par rapport au plan poussiéreux de la Voie lactée. Cette approche à haute latitude garantit que la lumière des galaxies lointaines n'est pas obscurcie par les débris interstellaires locaux. Selon Ryan Hickox, professeur au Dartmouth College et coprésident du comité de conception du relevé, la mission produira des images 3D profondes du cosmos. Ces données tridimensionnelles permettent aux chercheurs de mesurer non seulement l'emplacement des galaxies, mais aussi leur distance, fournissant ainsi un registre historique de l'évolution de l'univers, de son enfance à nos jours.

Pourquoi Roman est-il appelé le « télescope de relevé ultime » ?

La mission Roman de la NASA est considérée comme le télescope de relevé ultime car elle comble le fossé entre les relevés au sol à large champ et la profondeur à haute résolution des télescopes spatiaux. Il peut capturer des millions de galaxies dans un seul champ ultra-profond, produisant des cartes qu'il faudrait des siècles à d'autres télescopes pour achever. Cette efficacité permet d'étudier la Matière noire et l'accélération cosmique à une échelle statistique jamais atteinte auparavant en astrophysique.

L'ampleur des données que Roman produira est difficile à visualiser avec les mesures traditionnelles. David Weinberg, professeur d'astronomie à l'Ohio State University, note qu'une seule image de Roman nécessiterait un mur de téléviseurs 4K pour être affichée en pleine résolution. Pour montrer l'intégralité du High-Latitude Wide-Area Survey d'un seul coup, il faudrait un demi-million d'écrans 4K — un affichage assez grand pour couvrir la paroi rocheuse d'El Capitan dans le Parc national de Yosemite. Cet ensemble massif de données est essentiel pour identifier les motifs subtils de la toile cosmique qui révèlent la présence de forces invisibles.

Décoder l'univers sombre via le lentillage gravitationnel

Le lentillage gravitationnel faible constitue l'un des outils principaux que Roman utilisera pour « peser » les composants invisibles du cosmos. Comme la Matière noire n'émet ni ne réfléchit la lumière, elle ne peut être détectée que par son influence gravitationnelle sur les objets visibles. Lorsque la lumière d'une galaxie lointaine traverse une concentration de masse invisible, la gravité de cette masse déforme l'espace-temps, altérant l'apparence de la galaxie comme un miroir déformant. En analysant ces subtiles distorsions sur des millions de galaxies, Roman créera une carte haute résolution de la charpente cachée de l'univers.

Ce processus consistant à « peser les ombres » permet aux scientifiques de voir comment la Matière noire s'agglutine au fil du temps. Si l'énergie noire — la force mystérieuse qui propulse l'accélération cosmique — est plus puissante que ne le suggèrent les modèles actuels, elle entraverait la croissance de ces amas en écartant la matière plus rapidement. La capacité de Roman à observer ce bras de fer entre la gravité et l'énergie noire à travers différentes époques de l'histoire cosmique fournira des preuves cruciales pour déterminer si l'énergie noire est une propriété constante de l'espace ou un champ dynamique qui évolue avec le temps.

Le rôle des supernovae de type Ia dans la mesure de l'expansion

Les chandelles standards, et plus précisément les supernovae de type Ia, compléteront les données de lentillage pour fournir une mesure précise du taux d'expansion de l'univers. Comme ces explosions stellaires ont une luminosité intrinsèque connue, leur éclat apparent depuis la Terre indique précisément aux astronomes à quelle distance elles se trouvent. En mesurant le décalage vers le rouge de milliers de ces supernovae, Roman reconstruira l'histoire de l'expansion cosmique avec une précision dix fois supérieure à celle des instruments actuels. Ce registre historique est vital pour comprendre « l'accélération cosmique », que Weinberg décrit comme le plus grand mystère de toute la physique.

• Imagerie : Capture les formes et les positions de 300 millions de galaxies.
• Spectroscopie : Mesure la composition chimique et la distance de millions de galaxies.
• Domaine temporel : Surveille le ciel pour détecter des événements transitoires comme les supernovae.
• Résolution : Maintient une netteté de classe Hubble sur un champ large.

Élargir le recensement : exoplanètes et archéologie stellaire

Le microlentillage gravitationnel permettra à la mission Roman d'effectuer un recensement massif de planètes au sein de notre propre galaxie, y compris celles qui sont éloignées de leur étoile hôte. Bien que l'objectif principal du relevé soit cosmologique, les mêmes données à large champ captureront des événements rares où la gravité d'une étoile ou d'une planète au premier plan agit comme une loupe pour une étoile plus lointaine. Cette technique est sensible aux planètes « froides » similaires à Jupiter ou Saturne, ainsi qu'aux planètes errantes qui voyagent dans l'espace sans étoile parente, fournissant ainsi une image complète de la démographie planétaire dans la Voie lactée.

De plus, Roman servira d'outil pour l'archéologie stellaire, en étudiant les populations d'étoiles dans les galaxies voisines. En distinguant les étoiles individuelles dans une grande variété d'environnements galactiques, les astronomes peuvent reconstituer les cycles de vie des galaxies et l'histoire de la formation des étoiles. Cette capacité de grande envergure garantit que les données du High-Latitude Wide-Area Survey seront utilisées par des milliers de chercheurs dans divers sous-domaines de l'astronomie, de ceux qui étudient les plus petites naines brunes à ceux qui enquêtent sur les plus grands superamas de l'univers.

Conclusion : une nouvelle ère de découverte

Le télescope spatial Nancy Grace Roman changera fondamentalement notre compréhension des 95 % de l'univers qui restent invisibles pour nos instruments actuels. Alors que le télescope spatial James Webb (JWST) est conçu pour zoomer sur des cibles spécifiques avec un détail extrême, Roman offre le contexte de la « vue d'ensemble » nécessaire pour trouver ces cibles et comprendre leur place dans la toile cosmique. La synergie entre ces observatoires, ainsi qu'avec des installations au sol comme l'Observatoire Vera-C.-Rubin, inaugurera un âge d'or de la cosmologie.

À l'approche de son lancement depuis le Centre spatial Kennedy de la NASA, la communauté scientifique se prépare à un déluge de données. Le « relevé ultime » n'est pas qu'un simple qualificatif ; il représente un virage vers l'astronomie des données massives (big data) où des milliards d'objets sont suivis simultanément. D'ici la fin de sa mission primaire, Roman aura fourni la carte définitive du cosmos, résolvant potentiellement le mystère de l'énergie noire et révélant la véritable nature de la face sombre de notre univers.