Le coronographe de la mission romaine est destiné à démontrer la puissance d’une technologie de plus en plus avancée. Comme il capte la lumière directement des grandes exoplanètes gazeuses et des disques de poussière et de gaz entourant d’autres étoiles, il ouvrira la voie vers l’avenir : des « images » à un seul pixel de planètes rocheuses de la taille de la Terre. La lumière peut alors se propager dans un spectre arc-en-ciel, révélant quels gaz sont présents dans l'atmosphère de la planète – peut-être de l'oxygène, du méthane, du dioxyde de carbone et peut-être même des signes de vie. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Une démo technologique sur le Nancy Grace Télescope spatial romain contribuera à accroître la variété de planètes lointaines que les scientifiques peuvent directement imager.
L'instrument coronographe romain sur NASALe télescope spatial romain Nancy Grace de contribuera à ouvrir la voie à la recherche de mondes habitables en dehors de notre système solaire en testant de nouveaux outils qui bloquent la lumière des étoiles, révélant ainsi les planètes cachées par l'éclat de leurs étoiles mères. La démonstration technologique récemment expédiée du Jet Propulsion Laboratory de la NASA (JPL) en Californie du Sud jusqu'au Goddard Space Flight Center de l'agence à Greenbelt, dans le Maryland, où il a rejoint le reste de l'observatoire spatial en vue d'un lancement d'ici mai 2027.
Avant son voyage à travers le pays, le coronographe romain a subi le test le plus complet jamais réalisé de ses capacités à bloquer la lumière des étoiles – ce que les ingénieurs appellent « creuser le trou noir ». Dans l’espace, ce processus permettra aux astronomes d’observer la lumière directement des planètes autour d’autres étoiles, ou exoplanètes. Une fois démontrées sur Roman, des technologies similaires lors d'une future mission pourraient permettre aux astronomes d'utiliser cette lumière pour identifier des produits chimiques dans un exoplanètey compris celles qui indiquent potentiellement la présence de la vie.
L'instrument coronagraphe romain embarqué à bord du télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA améliorera la capacité des scientifiques à imager directement les planètes autour d'autres étoiles. En tant que coronographe le plus puissant jamais utilisé dans l'espace, il démontrera de nouvelles technologies qui pourraient être utilisées par de futures missions comme le projet d'observatoire des mondes habitables de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech/GSFC
Tests de technologie de blocage de la lumière des étoiles
Pour le test du trou noir, l’équipe a placé le coronographe dans une chambre scellée conçue pour simuler le vide froid et sombre de l’espace. À l’aide de lasers et d’optiques spéciales, ils ont reproduit la lumière d’une étoile telle qu’elle serait observée par le télescope romain. Lorsque la lumière atteint le coronographe, l'instrument utilise de petites obscurcissements circulaires appelés masques pour bloquer efficacement l'étoile, comme un pare-soleil de voiture bloquant le Soleil ou la Lune bloquant le Soleil lors d'une éclipse solaire totale. Cela rend les objets plus faibles proches de l’étoile plus faciles à voir.
Des coronographes équipés de masques volent déjà dans l'espace, mais ils ne peuvent pas détecter une exoplanète semblable à la Terre. Vu d'un autre système stellaire, notre planète apparaîtrait environ 10 milliards de fois plus sombre que le Soleil, et les deux sont relativement proches l'une de l'autre. Donc, essayer d'imager directement la Terre équivaudrait à essayer de voir un grain d'algue bioluminescente à côté d'un phare à une distance de 3 000 miles (environ 5 000 kilomètres). Avec les technologies coronagraphiques précédentes, même l’éclat d’une étoile masquée submergeait une planète semblable à la Terre.
Au JPL, le 17 mai, des membres de l'équipe du Roman Coronagraph Instrument ont utilisé une grue pour soulever la partie supérieure du conteneur d'expédition dans lequel l'instrument était stocké pour son voyage vers le Goddard Space Flight Center de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Avancées de la technologie du coronographe
Le coronographe romain présentera des techniques permettant d'éliminer davantage de lumière stellaire indésirable que les anciens coronographes spatiaux en utilisant plusieurs composants mobiles. Ces pièces mobiles en feront le premier coronographe « actif » à voler dans l’espace. Ses principaux outils sont deux miroirs déformables, chacun mesurant seulement 5 centimètres de diamètre et soutenus par plus de 2 000 minuscules pistons qui se déplacent de haut en bas. Les pistons travaillent ensemble pour modifier la forme des miroirs déformables afin qu'ils puissent compenser la lumière parasite indésirable qui se répand sur les bords des masques.
Comment fonctionne l'instrument coronagraphe romain ? Cette vidéo montre comment il supprime la lumière indésirable des étoiles pour révéler des planètes autour d'autres étoiles. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Les miroirs déformables aident également à corriger les imperfections des autres optiques du télescope romain. Bien qu'elles soient trop petites pour affecter les autres mesures très précises de Roman, les imperfections peuvent envoyer de la lumière parasite dans le trou sombre. Des modifications précises apportées à la forme de chaque miroir déformable, imperceptibles à l'œil nu, compensent ces imperfections.
« Les défauts sont si petits et ont un effet si mineur que nous avons dû faire plus de 100 itérations pour y parvenir », a déclaré Feng Zhao, chef de projet adjoint pour le Coronagraph romain au JPL. « C'est un peu comme lorsque vous allez voir un optométriste et qu'il vous met des lentilles différentes et vous demande : « Est-ce que celle-ci est meilleure ? Celui-ci, ça va?' Et le coronographe a fonctionné encore mieux que ce que nous avions espéré.
Au cours du test, les lectures de la caméra du coronographe montrent une région en forme de beignet autour de l'étoile centrale qui s'assombrit lentement à mesure que l'équipe éloigne davantage de lumière des étoiles – d'où le surnom de « creuser le trou noir ». Dans l’espace, une exoplanète tapie dans cette région sombre apparaîtrait lentement au fur et à mesure que l’instrument accomplirait son travail avec ses miroirs déformables.
Ce graphique montre un test de l'instrument coronographe romain que les ingénieurs appellent « creuser le trou noir ». À gauche, la lumière des étoiles s'infiltre dans le champ de vision lorsque seuls des composants fixes sont utilisés. Les images du milieu et de droite montrent davantage de lumière stellaire supprimée lorsque les composants mobiles de l'instrument sont engagés.
Crédit : NASA/JPL-Caltech
Imagerie directe des exoplanètes
Plus de 5 000 planètes ont été découvertes et confirmées autour d’autres étoiles au cours des 30 dernières années, mais la plupart ont été détectées indirectement, ce qui signifie que leur présence est déduite en fonction de la manière dont elles affectent leur étoile mère. Détecter ces changements relatifs dans l’étoile mère est bien plus facile que de voir le signal d’une planète beaucoup plus faible. En fait, moins de 70 exoplanètes ont été directement photographiées.
Les planètes qui ont été directement photographiées jusqu'à présent ne ressemblent pas à la Terre : la plupart sont beaucoup plus grandes, plus chaudes et généralement plus éloignées de leurs étoiles. Ces caractéristiques les rendent plus faciles à détecter mais aussi moins hospitaliers à la vie telle que nous la connaissons.
Pour rechercher des mondes potentiellement habitables, les scientifiques doivent imager des planètes qui sont non seulement des milliards de fois plus sombres que leurs étoiles, mais également orbiter autour d'elles à la bonne distance pour que de l'eau liquide existe à la surface de la planète – un précurseur du type de vie trouvé. sur Terre.
Développer les capacités permettant d’imager directement des planètes semblables à la Terre nécessitera des étapes intermédiaires comme le coronographe romain. À sa capacité maximale, il pourrait imager une exoplanète semblable à Jupiter autour d'une étoile comme notre Soleil : une grande planète fraîche juste en dehors de la zone habitable de l'étoile.
Les membres de l'équipe du JPL ont fait leurs adieux à l'instrument coronagraphe romain le 17 mai en signant leur nom sur un drapeau (avec le logo de la mission) à l'extérieur du conteneur d'expédition qui transportait l'instrument au Goddard Space Flight Center de la NASA. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Implications futures pour l'exploration des exoplanètes
Ce que la NASA apprend du coronographe romain aidera à ouvrir la voie à de futures missions conçues pour imager directement des planètes de la taille de la Terre en orbite dans les zones habitables d'étoiles semblables au Soleil. Le concept de l'agence pour un futur télescope appelé Habitable Worlds Observatory vise à imager au moins 25 planètes similaires à la Terre à l'aide d'un instrument qui s'appuiera sur ce que l'instrument coronagraphe romain démontre dans l'espace.
« Les composants actifs, comme les miroirs déformables, sont essentiels si vous souhaitez atteindre les objectifs d'une mission comme l'Observatoire des mondes habitables », a déclaré Ilya Poberezhskiy du JPL, ingénieur système du projet pour le Coronagraph romain. « La nature active de l’instrument coronagraphe romain vous permet d’élever l’optique ordinaire à un niveau différent. Cela rend l'ensemble du système plus complexe, mais sans cela, nous ne pourrions pas réaliser ces choses incroyables.
