La NASA est prête à explorer le cosmos d’une toute nouvelle manière, grâce à son télescope spatial romain Nancy Grace de nouvelle génération.
Scientifiques et ingénieurs ont passé une vingtaine d'années à concevoir et à construire cet observatoire, qui pèse autant qu'un Tyrannosaure rex et a la taille d'un bus touristique. Désormais, la NASA vise à lancer le télescope dès le 30 août, avec l’intention de commencer à fournir un flot de données astronomiques de pointe au début de l’année prochaine.
Au cours des cinq premières années de la mission, les scientifiques s'attendent à ce que le télescope spatial romain, du nom du premier responsable de l'astronomie de la NASA et défenseur essentiel du télescope spatial Hubble, perce les mystères de l'énigmatique matière noire et de l'énergie noire qui dominent notre univers. Il détectera également des dizaines de milliers de planètes extraterrestres, peindrea les interactions entre les galaxies et repérera les étoiles qui explosent – et bien plus encore.
« Partout où vous pointez Roman, quelqu'un pourra dire : 'J'ai découvert quelque chose' », déclare le cosmologue Jason Rhodes du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena, en Californie. « Roman va toucher ou affecter presque tous les domaines de l'astrophysique. »
L'abondance de richesses promise par Roman vient de l'approche de la mission. Le télescope spatial Hubble et d’autres observatoires de la NASA ne voient qu’une petite partie du ciel. Pas si romain. « La superpuissance de Roman réside dans nos enquêtes », qui couvrent méthodiquement le territoire sans cibles spécifiques, explique l'astrophysicienne Julie McEnery du Goddard Space Flight Center (GSFC) de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. Le télescope est construit avec un champ de vision massif – 100 fois plus grand que celui de Hubble – et il peut se déplacer avec agilité dans le ciel pour balayer rapidement le cosmos.
« Roman va ouvrir d'immenses pans de la science en transformant réellement cette netteté sur de vastes zones du ciel », déclare l'astrophysicien Erik Rosolowsky de l'Université de l'Alberta à Edmonton, au Canada, qui n'est pas officiellement affilié à la mission romaine.
Avec une vision aussi large, cela n’a pas de sens d’étudier des objets spécifiques comme le font Hubble et le télescope spatial James Webb. Au lieu de cela, des astronomes de tous bords ont collaboré au plan d'observation de Roman pour garantir que le télescope collecte des données de premier ordre largement applicables tout en optimisant les découvertes révolutionnaires dans trois domaines clés.
Une vaste vue éclairera l’univers sombre
Le télescope spatial romain trouve ses origines au début des années 2000. À l'époque, les cosmologistes savaient depuis une vingtaine d'années que la matière que nous expérimentons quotidiennement et que nous observons avec des télescopes ne représentait qu'une fraction de la matière de l'univers, avec d'énormes quantités de matière noire qui liaient le cosmos. La fin des années 1990 a apporté une deuxième bizarrerie spatiale choquante : l'univers n'est pas seulement en expansion, mais s'étend de plus en plus vite à mesure que le temps passe, entraîné par un autre phénomène incompréhensible que les astrophysiciens ont surnommé l'énergie noire.
Jusqu'à présent, comprendre ces deux mystères représentait un défi de taille, car les deux énigmes se déroulent à grande échelle, nécessitant l'observation de vastes régions de l'univers, explique la cosmologue Katarina Markovic du JPL. « Cela nécessite un tout nouveau type d'astronomie qui ne se concentre pas sur l'observation d'objets individuels », dit-elle.
C'est là qu'intervient Roman, prêt à observer plusieurs signatures de l'univers sombre lors de son étude massive. Il détectera d’infimes changements dans la forme de millions de galaxies causés par la matière noire passant entre ces objets et le télescope. Comme les vitres déformées par l’âge, la matière noire déforme les objets lointains, permettant à la science de cartographier l’invisible. Roman repérera également quelque 21 000 explosions stellaires d'un type si prévisible que les scientifiques peuvent calculer leur distance exacte à la Terre. Et Roman cartographiera des milliards de galaxies, remontant au temps cosmique, trahissant les schémas de la façon dont ces objets se sont regroupés et se sont dispersés au fil des éons.
Dans l’ensemble, les scientifiques espèrent que ces observations seront suffisamment puissantes pour confirmer ou réfuter les soupçons actuels selon lesquels l’énergie noire pourrait être plus complexe que ne le suggéraient les preuves précédentes – une question dont dépend le sort ultime de l’univers.
Des stratégies doubles pourraient découvrir un déluge de planètes extraterrestres
Le deuxième projet clé de Roman consistera à découvrir des exoplanètes par dizaines de milliers. À ce jour, les scientifiques ont identifié un peu plus de 6 000 planètes en orbite autour d’autres étoiles, pour la plupart dans notre propre voisinage. Roman utilisera deux techniques pour emmener la chasse dans une région totalement nouvelle, le renflement de la Voie lactée.
Le plus grand trésor d'exoplanètes de Roman – peut-être jusqu'à 200 000 – viendra via des transits, lorsque les astronomes mesureront la baisse périodique de la luminosité d'une étoile causée par le passage d'une planète devant son soleil. Cette approche a été la plus fructueuse jusqu'à présent, mais elle est meilleure pour repérer de très grandes planètes en orbite très proche de leur étoile – quelque chose comme une planète de la taille de Jupiter sur l'orbite de Mercure.
Il est important de noter que Roman excellera également dans une deuxième technique, appelée microlentille, qui lui permettra de traquer quelque 1 400 planètes plus loin dans leurs systèmes stellaires, explique l'astrophysicienne et spécialiste des exoplanètes Elisa Quintana du GSFC, qui a déjà travaillé sur Roman. La microlentille repose sur la façon dont les gros objets dans l’espace courbent la lumière autour d’eux. Dans les cas relativement rares où deux étoiles s'alignent parfaitement selon l'angle de vue de Roman, l'étoile d'arrière-plan s'éclaire brièvement à cause de ce phénomène. Si une planète tourne secrètement autour de l'étoile au premier plan, cela provoque une seconde éruption, plus petite, à partir de laquelle les scientifiques peuvent calculer la taille et la distance orbitale de la planète.
La capacité de Roman à voir des planètes à des distances aussi larges de leurs étoiles devrait nous montrer à quel point notre propre système solaire est typique. Bien que trouver des Jupiters extraterrestres ne semble pas aussi excitant que trouver des Terres extraterrestres, la présence et la dynamique des planètes géantes façonnent l'endroit où se forment les planètes telluriques, explique Quintana. « Tout est lié, c'est une seule et même histoire. »
Les scientifiques savoureront un éventail cosmique d’astronomie
Il n’y a aucun moyen de fixer des limites aux découvertes que Roman fera. Grâce à son optique puissante et à ses relevés soigneusement planifiés, le télescope observera pratiquement tout ce dont les scientifiques peuvent rêver.
À travers l’univers, Roman verra d’innombrables étoiles s’éclairer, s’estomper et être déchiquetée par des trous noirs. Dans notre propre système solaire, des astéroïdes se déplaçant rapidement traverseront notre champ de vision, éclairant ainsi l'évaluation des scientifiques sur les menaces que représentent pour la Terre les roches spatiales proches. Et Roman vérifiera régulièrement le cœur même de notre galaxie, la Voie lactée, où bouillonne de manière invisible un gigantesque trou noir.
L'observatoire offrira également aux scientifiques un premier aperçu du renflement de la galaxie, qui comprend la majorité des étoiles de la Voie lactée mais est enveloppé dans une brume de poussière que la plupart des télescopes ne peuvent pas voir à travers. « C'est là que se trouve la majeure partie de la galaxie, et elle est tout simplement très sous-explorée », déclare l'astrophysicienne Gail Zasowski de l'Université de l'Utah à Salt Lake City, qui a siégé au comité régissant la budgétisation globale du temps d'observation de Roman. « Tous les extrêmes se produisent là-bas. »
Bien entendu, le lancement n’est que la prochaine étape pour Roman. Le télescope doit se déployer complètement, se rendre à son perchoir à près de 1,5 million de kilomètres de la Terre, du côté opposé au soleil, et être opérationnel, un processus de plus de trois mois que les membres de la mission observeront avec impatience.
Mais malgré le grand programme des scientifiques pour Roman, ils sont peut-être plus avides de ce qui ne peut être prédit – les « surprises absolues », comme les appelle McEnery, « les choses qui n’ont pas encore de nom parce qu’elles n’ont pas encore été trouvées ». Ce sont ces découvertes que seul Roman sera capable de révéler – et qui façonneront les explorations des scientifiques pour les décennies à venir.
