Illustration haute résolution des vaisseaux spatiaux Euclide et Romain sur fond étoilé. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA, médialab ESA/ATG
Euclide et NASAest Nancy Grace Télescope spatial romain étudiera en collaboration l’expansion accélérée de l’univers. En utilisant des méthodes uniques, ils visent à faire la lumière sur l’énergie sombre, l’accélération cosmique et les modèles d’expansion de l’univers.
Un nouveau télescope spatial nommé Euclid, un ESA (Agence spatiale européenne) mission avec d’importantes contributions de la NASA, lancée en juillet pour explorer les raisons pour lesquelles l’expansion de l’univers s’accélère. Les scientifiques appellent la cause inconnue de cette accélération cosmique « l’énergie noire ». D’ici mai 2027, le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA rejoindra Euclide pour explorer ce puzzle d’une manière qui n’a jamais été possible auparavant.
« Vingt-cinq ans après sa découverte, l’expansion accélérée de l’univers reste l’un des mystères les plus pressants de l’astrophysique », a déclaré Jason Rhodes, chercheur scientifique principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA (JPL) en Californie du Sud. Rhodes est scientifique adjoint du projet Roman et responsable scientifique américain pour Euclid. « Avec ces prochains télescopes, nous mesurerons l’énergie noire de différentes manières et avec beaucoup plus de précision que ce qui était possible auparavant, ouvrant ainsi une nouvelle ère d’exploration de ce mystère. »
Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA, anciennement connu sous le nom de télescope d’enquête infrarouge à grand champ (WFIRST), est un observatoire avancé conçu pour répondre à certaines des questions les plus urgentes en astrophysique. Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
À la recherche des racines de l’expansion
Les scientifiques ne savent pas si l’expansion accélérée de l’univers est causée par une composante énergétique supplémentaire ou si elle indique que notre compréhension de la gravité doit être modifiée d’une manière ou d’une autre. Les astronomes utiliseront Roman et Euclid pour tester les deux théories en même temps, et les scientifiques s’attendent à ce que les deux missions découvrent des informations importantes sur le fonctionnement sous-jacent de l’univers.
Euclide et Roman sont tous deux conçus pour étudier l’accélération cosmique, mais en utilisant des stratégies différentes et complémentaires. Les deux missions réaliseront des cartes 3D de l’univers pour répondre à des questions fondamentales sur l’histoire et la structure de l’univers. Ensemble, ils seront beaucoup plus puissants que individuellement.
Euclide observera une zone beaucoup plus grande du ciel – environ 15 000 degrés carrés, soit environ un tiers du ciel – dans les longueurs d’onde infrarouges et optiques de la lumière, mais avec moins de détails que Roman. Cela remontera à 10 milliards d’années, à l’époque où l’univers avait environ 3 milliards d’années.
La plus grande étude de base de Roman sera capable de sonder l’univers avec une profondeur et une précision bien plus grandes, mais sur une zone plus petite – environ 2 000 degrés carrés, soit un vingtième du ciel. Sa vision infrarouge dévoilera le cosmos alors qu’il avait 2 milliards d’années, révélant un plus grand nombre de galaxies plus faibles. Alors qu’Euclide se concentrera exclusivement sur la cosmologie, Roman étudiera également les galaxies proches, trouvera et étudiera les planètes de notre galaxie, étudiera les objets à la périphérie de notre système solaire et bien plus encore.
Cette infographie compare de nombreux éléments clés du vaisseau spatial Euclid de l’ESA et du vaisseau spatial Roman de la NASA. Les deux travailleront de manière complémentaire pour faire la lumière sur certains des composants les plus mystérieux de l’univers. Texte alternatif : Un tableau comparatif intitulé « Observatoires cosmiques ». Il répertorie l’ESA comme l’agence principale d’Euclide et la NASA comme celle de Roman. La science principale d’Euclide est la cosmologie (énergie sombre), que Roman explorera la cosmologie, les exoplanètes et de nombreux autres sujets de l’astronomie infrarouge (y compris l’énergie noire). Euclid utilisera des méthodes de lentilles faibles et de regroupement de galaxies pour sonder l’énergie sombre ; Roman utilisera ces supernovae de type Ia. La taille de l’enquête proposée par Euclide est de 15 000 degrés carrés, et celle de Roman est d’environ 2 000. Euclide observera les longueurs d’onde visibles et infrarouges, tandis que Roman verra l’infrarouge. Euclid dispose de 36 détecteurs CCD 4K dans un instrument et d’un réseau de 16 détecteurs HgCdTe NIR 2K dans un autre, tandis que Roman dispose d’un réseau de 18 détecteurs HgCdTe NIR 4K dans son instrument principal. Le miroir principal de l’ESA mesure 1,2 mètre de large ; Celui de Roman mesure 7,9 pieds (2,4 mètres). Euclid a été lancé avec succès en juillet 2023 et Roman devrait être lancé d’ici mai 2027. Tous deux orbiteront autour de Soleil-Terre L2. Le vaisseau spatial Euclid mesure 14,9 pieds (4,5 mètres) de long et Roman mesurera 42 pieds (12,7 mètres). Leurs masses sont de 4 500 livres (2 000 kilogrammes) pour Euclide et de 18 000 livres (8 000 kilogrammes) pour Roman. Crédit : NASA
La chasse à l’énergie noire
L’univers est en expansion depuis sa naissance – un fait découvert par l’astronome belge Georges Lemaître en 1927 et Edwin Hubble en 1929. Mais les scientifiques s’attendaient à ce que la gravité de la matière de l’univers ralentisse progressivement cette expansion. Dans les années 1990, en observant un type particulier de supernova, les scientifiques ont découvert qu’il y a environ 6 milliards d’années, l’énergie noire avait commencé à accroître son influence sur l’univers, et personne ne sait comment ni pourquoi. Le fait que cela s’accélère signifie qu’il manque quelque chose de fondamental à notre image du cosmos.
Roman et Euclide fourniront des flux distincts de nouvelles données convaincantes pour combler les lacunes de notre compréhension. Ils tenteront de déterminer la cause de l’accélération cosmique de différentes manières.
Premièrement, Roman et Euclide étudieront l’accumulation de matière à l’aide d’une technique appelée lentille gravitationnelle faible. Ce phénomène de courbure de la lumière se produit parce que tout ce qui a une masse déforme le tissu de l’espace-temps ; plus la masse est grande, plus la déformation est importante. Les images d’une source lointaine produites par la lumière se déplaçant à travers ces distorsions semblent également déformées. Lorsque les objets « lentilles » les plus proches sont des galaxies massives ou des amas de galaxies, les sources d’arrière-plan peuvent apparaître étalées ou former plusieurs images.
La mission Euclid de l’Agence spatiale européenne (ESA) est un télescope spatial conçu pour enquêter sur les mystères de l’énergie noire et de la matière noire, les forces et substances énigmatiques qui influencent l’expansion et la structure de l’univers. En étudiant les galaxies lointaines de l’univers et leurs structures cosmiques associées, Euclide vise à cartographier la géométrie et la croissance du cosmos au cours de sa vaste histoire. Crédit : ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA. Galaxies d’arrière-plan : NASA, ESA et S. Beckwith (STScI) et l’équipe HUDF
Une masse moins concentrée, comme des amas de matière noire, peut créer des effets plus subtils. En étudiant ces petites distorsions, Roman et Euclide créeront chacun une carte 3D de la matière noire. Cela fournira des indices sur l’accélération cosmique, car l’attraction gravitationnelle de la matière noire, agissant comme une colle cosmique qui maintient ensemble les galaxies et les amas de galaxies, s’oppose à l’expansion de l’univers. Le comptage de la matière noire de l’univers à travers le temps cosmique aidera les scientifiques à mieux comprendre le mouvement de poussée et de traction qui alimente l’accélération cosmique.
Les deux missions étudieront également la façon dont les galaxies se sont regroupées au cours de différentes époques cosmiques. Les scientifiques ont détecté une tendance dans la façon dont les galaxies se rassemblent à partir de mesures de l’univers proche. Pour n’importe quelle galaxie aujourd’hui, nous avons environ deux fois plus de chances de trouver une autre galaxie à environ 500 millions d’années-lumière qu’un peu plus près ou un peu plus loin.
Cette distance s’est accrue au fil du temps en raison de l’expansion de l’espace. En regardant plus loin dans l’univers, jusqu’aux époques cosmiques antérieures, les astronomes peuvent étudier la distance préférée entre les galaxies à différentes époques. Voir comment cela a changé révélera l’histoire de l’expansion de l’univers. Observer la façon dont le regroupement des galaxies varie au fil du temps permettra également de tester avec précision la gravité. Cela aidera les astronomes à faire la différence entre une composante énergétique inconnue et diverses théories de la gravité modifiées pour expliquer l’accélération cosmique.
Roman mènera une enquête supplémentaire pour découvrir de nombreuses supernovae lointaines de type Ia – un type spécial d’étoile explosive. Ces explosions culminent à une luminosité intrinsèque similaire. Pour cette raison, les astronomes peuvent déterminer à quelle distance se trouvent les supernovae en mesurant simplement leur luminosité.
Les astronomes utiliseront Roman pour étudier la lumière de ces supernovae afin de découvrir à quelle vitesse elles semblent s’éloigner de nous. En comparant la vitesse à laquelle ils reculent à différentes distances, les scientifiques retraceront l’expansion cosmique au fil du temps. Cela nous aidera à mieux comprendre si et comment l’énergie noire a changé au cours de l’histoire de l’univers.
Une paire puissante
Les enquêtes des deux missions se chevaucheront, Euclide observant probablement toute la zone que Roman analysera. Cela signifie que les scientifiques pourront utiliser les données plus sensibles et plus précises de Roman pour appliquer des corrections à celles d’Euclide et étendre les corrections sur une zone beaucoup plus vaste d’Euclide.
« Le premier aperçu par Euclide de la vaste région du ciel qu’il va étudier éclairera l’approche scientifique, d’analyse et d’enquête pour la plongée plus profonde de Roman », a déclaré Mike Seiffert, scientifique du projet pour la contribution de la NASA à Euclide au Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
« Ensemble, Euclide et Roman représenteront bien plus que la somme de leurs parties », a déclaré Yun Wang, chercheur scientifique principal au Caltech/IPAC à Pasadena, en Californie, qui a dirigé des groupes scientifiques sur le regroupement de galaxies pour Euclide et Roman. « La combinaison de leurs observations donnera aux astronomes une meilleure idée de ce qui se passe réellement dans l’univers. »
Trois groupes scientifiques soutenus par la NASA contribuent à la mission Euclid. En plus de la conception et de la fabrication des composants électroniques à puce de capteur de l’instrument spectromètre et photomètre proche infrarouge (NISP) d’Euclide, JPL a dirigé l’achat et la livraison des détecteurs NISP. Ces détecteurs ont été testés au Goddard Space Flight Center de la NASA. Le Centre scientifique Euclid de la NASA à l’IPAC (ENSCI), à Caltech, soutiendra les enquêtes basées aux États-Unis utilisant les données d’Euclide.
Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech/IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de divers les établissements de recherche. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation à Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Melbourne, en Floride ; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, en Californie.
