L'Univers est détraqué et ce miroir de 12 mètres pourrait le prouver

À l'intérieur d'une salle blanche pressurisée à Greenbelt, dans le Maryland, une structure de douze mètres de haut composée de verre et d'or de haute précision a enfin cessé de bouger. Les ingénieurs du Goddard Space Flight Center de la NASA ont passé la majeure partie d'une décennie — et des millions d'heures de « calculs réels et concrets » — à assembler le télescope spatial Nancy Grace Roman. C'est une machine construite dans un but existentiel unique : découvrir pourquoi l'univers se fragmente à une vitesse qui fait passer nos lois actuelles de la physique pour une simple ébauche.

Baptisé en l'honneur de la femme qui a convaincu un gouvernement sceptique que le télescope spatial Hubble méritait d'être tenté, l'observatoire Roman n'est pas seulement une amélioration. C'est un changement de paradigme. Alors qu'Hubble a transformé notre vision du cosmos en effectuant des zooms sur des points lumineux précis et époustouflants, Roman est conçu pour prendre du recul et observer l'ensemble du tableau. C'est la différence entre regarder l'univers par le chas d'une aiguille et le contempler sur un écran IMAX. L'ampleur de sa collecte de données est si vaste que les scientifiques de la NASA nous avertissent déjà que nous ne sommes pas prêts pour ce qui va suivre.

Si vous vouliez cartographier le ciel avec Hubble en utilisant le même niveau de détail que celui que fournira Roman, il vous faudrait maintenir Hubble en activité pendant encore cent ans. Roman a l'intention de terminer ce même travail en une trentaine de jours. C'est un raccourci d'un siècle qui vise à résoudre un problème apparu en 1998, lorsque les astronomes ont réalisé que l'expansion de l'univers ne ralentissait pas sous le poids de la gravité — elle appuyait sur l'accélérateur. Quelque chose pousse le cosmos vers l'extérieur, et nous n'avons absolument aucune idée de ce dont il s'agit.

Le raccourci centenaire

Le miroir du télescope est de la même taille que celui de Hubble, mesurant 2,4 mètres de diamètre. Mais c'est là que s'arrêtent les similitudes. La caméra intégrée à Roman possède un champ de vision 100 fois plus vaste que celui de son prédécesseur. Il ne s'agit pas seulement de prendre de plus grandes photos ; c'est une question de statistiques. Si vous voulez comprendre comment une forêt grandit, vous n'observez pas un seul arbre pendant un siècle ; vous regardez la forêt entière au fil des saisons. Roman balayera de larges portions du ciel en une seule fois, capturant les positions et les formes de centaines de millions de galaxies.

Cette capacité d'observation à grand champ est la clé pour identifier les failles dans nos théories cosmologiques actuelles. Pendant des années, les scientifiques se sont appuyés sur le modèle standard de l'univers — un cadre mathématique qui explique comment tout, des atomes aux galaxies, se comporte. Mais à mesure que nos mesures sont devenues plus précises, les mathématiques ont commencé à faire défaut. Il existe une tension croissante au sein de la communauté scientifique car différentes méthodes de mesure de l'expansion de l'univers donnent des réponses divergentes. Roman sera l'arbitre.

Pourquoi les mathématiques de l'univers ne s'additionnent pas

Tout ce que vous avez jamais vu, touché ou goûté — chaque étoile, planète et personne — ne représente qu'environ cinq pour cent de l'univers. Le reste est un cocktail de matière noire et d'énergie noire. La matière noire est la colle invisible qui maintient les galaxies ensemble, fournissant la gravité supplémentaire nécessaire pour les empêcher de se désagréger en tournoyant. L'énergie noire est l'opposé : c'est la pression mystérieuse qui pousse l'expansion de l'univers à s'accélérer de plus en plus.

Le problème est que l'énergie noire est parfaitement invisible. Nous savons seulement qu'elle est là parce que nous pouvons voir ses effets sur ce que nous *pouvons* observer. C'est comme regarder les feuilles d'un arbre bouger et en déduire l'existence du vent. Mais contrairement au vent, l'énergie noire ne semble pas s'affaiblir avec le temps. Elle semble être une propriété de l'espace lui-même. À mesure que l'univers s'étend et crée davantage d'espace, il y a plus d'énergie noire, ce qui provoque une expansion accrue. C'est une boucle de rétroaction incontrôlable qui finira par laisser notre galaxie isolée dans un vide froid et sombre.

L'héritage des pionniers basés au sol

Roman n'a pas besoin de repartir de zéro. Il prend le relais d'expériences terrestres comme le Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). DESI a récemment terminé sa mission initiale de cinq ans, après avoir cartographié 30 millions de galaxies avec un immense réseau robotique en Arizona. Les résultats de DESI ont déjà commencé à ébranler les fondements de la physique, suggérant que l'énergie noire pourrait ne pas être une force constante, mais quelque chose qui évolue au fil du temps.

Si l'énergie noire change, cela signifie qu'il manque une pièce majeure au puzzle de notre compréhension actuelle de la physique. Ce serait comme découvrir que les lois de la gravité ne fonctionnent que le mardi. Roman reprendra les indices laissés par DESI et plongera plus profondément dans le passé, observant l'univers tel qu'il était alors qu'il n'avait que quelques milliards d'années. En comparant les cartes 3D réalisées par DESI avec les données haute résolution de Roman, les astronomes pourront voir l'histoire entière du bras de fer cosmique entre la gravité et l'énergie noire.

Il ne s'agit pas seulement de curiosité académique. Comprendre l'énergie noire, c'est essentiellement chercher à savoir comment se termine l'histoire de l'univers. Si l'énergie noire continue d'accélérer, le « Big Rip » pourrait littéralement déchirer les atomes dans un futur lointain. Si elle s'estompe, l'univers pourrait s'effondrer sur lui-même lors d'un « Big Crunch ». Nous pilotons actuellement un avion sans savoir s'il va atterrir, s'écraser ou se diriger vers une orbite éternelle. Roman est l'enregistreur de vol qui pourrait nous donner la réponse.

Fixer l'éclat d'un milliard de soleils

Bien que l'énergie noire soit la tête d'affiche, le télescope Roman a une seconde mission, tout aussi difficile : trouver la Terre 2.0. Pour ce faire, il transporte un instrument appelé coronographe. Par le passé, nous avons trouvé des planètes autour d'autres étoiles en guettant la « baisse » de luminosité lorsqu'une planète passait devant son soleil. C'était comme essayer de repérer un papillon de nuit volant devant un projecteur de stade à près de cinq kilomètres de distance. C'est efficace, mais cela ne nous permet pas de voir la planète elle-même.

Le coronographe de Roman est conçu pour bloquer entièrement la lumière de l'étoile, nous permettant de voir le minuscule point faible d'une planète en orbite autour d'elle. Les ingénieurs de la NASA comparent cela à l'effort de voir une luciole survolant un phare depuis l'autre côté de l'océan Atlantique. Cela nécessite un niveau de stabilité jamais atteint auparavant par un télescope spatial. Les miroirs à l'intérieur du coronographe doivent être ajustés par des incréments inférieurs à la largeur d'un brin d'ADN pour annuler la lumière stellaire.

Si cela fonctionne, Roman sera capable de prendre des images directes de planètes géantes autour d'autres étoiles et, plus important encore, d'analyser leurs atmosphères. Il recherchera les signatures chimiques de l'eau, du méthane et de l'oxygène. C'est la première étape vers la découverte d'un monde qui ressemble au nôtre. À la fin de la mission, Roman devrait avoir découvert des dizaines de milliers de nouvelles exoplanètes, transformant notre carte de la galaxie d'une collection de suppositions en un atlas détaillé.

L'achèvement de la construction du télescope marque la fin de la phase d'ingénierie et le début du voyage vers le pas de tir. C'est une machine née de millions d'heures de travail, conçue pour répondre à des questions que les humains se posent depuis que nous avons regardé les étoiles pour la première fois. Nous sommes sur le point de découvrir exactement de quoi est fait l'univers, même si la réponse prouve que tout ce que nous pensions savoir était faux.