Après son lancement, Roman rejoindra une région proche du point de Lagrange Soleil-Terre L2, située à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction opposée au Soleil. Cette position lointaine doit favoriser ses observations infrarouges et lui offrir une géométrie d’observation adaptée à la cartographie de vastes portions du ciel.
La mission vise plusieurs grandes questions encore ouvertes en astrophysique :
Roman ne se concentrera pas uniquement sur un objet très lointain à la fois. Il est conçu pour balayer rapidement de grandes régions du ciel, de façon homogène. Cette échelle permettra de repérer plus facilement les objets rares, les phénomènes transitoires et les variations subtiles de la structure cosmique — mais aussi de les mesurer avec une meilleure robustesse statistique lorsque les échantillons sont très vastes.
Le Wide Field Instrument est une caméra infrarouge de 300 mégapixels dont le champ de vision sera au moins 100 fois plus étendu que celui de Hubble. Chaque image couvrira une portion du ciel supérieure à la taille apparente de la pleine Lune, tout en conservant une résolution inférieure à la seconde d’arc.
Cette combinaison donnera à Roman un rôle particulier dans l’astronomie spatiale :
Selon la NASA, Roman pourrait mesurer la lumière d’environ un milliard de galaxies au cours de sa mission. Ses cinq premières années d’observation devraient produire des volumes de données considérables : les documents techniques de l’agence évoquent environ 11 térabits par jour et plus de 20 pétaoctets sur cette période.
Le programme prévu associe trois grands relevés définis avec la communauté astronomique à d’autres programmes d’astrophysique générale. Ces relevés sont le High-Latitude Wide-Area Survey, le High-Latitude Time-Domain Survey et le Galactic Bulge Time-Domain Survey.
Le relevé couvrant une vaste zone combinera imagerie et spectroscopie sur plusieurs milliers de degrés carrés. Son objectif principal sera de cartographier la distribution des galaxies et de mesurer la forme de galaxies lointaines afin d’étudier l’expansion cosmique. Les mêmes données pourront aussi servir à analyser les objets du Système solaire, la structure de la Voie lactée, les galaxies proches, les quasars et l’évolution des galaxies jusqu’à l’époque de la réionisation.
Les observations de Roman devraient être accessibles au public sans période d’exclusivité réservée à une équipe. Cette politique de données ouvertes permettra à de nombreux chercheurs d’exploiter les relevés et de mener des travaux allant au-delà des objectifs emblématiques de la mission.
Pour étudier l’énergie noire, Roman mesurera à la fois l’évolution de l’expansion de l’Univers et la croissance de sa structure au fil du temps. La NASA prévoit plusieurs méthodes complémentaires : mesurer les distances grâce aux supernovae, étudier les décalages vers le rouge des galaxies et les oscillations acoustiques des baryons, et utiliser les lentilles gravitationnelles faibles.
Les lentilles gravitationnelles faibles sont également essentielles pour étudier la matière noire. La gravité de la matière située entre nous et des galaxies lointaines dévie légèrement la lumière de ces dernières et déforme leur apparence. En mesurant ces déformations corrélées sur une très grande superficie, les astronomes pourront établir des cartes de la matière totale — y compris de la matière noire, qui n’émet ni ne réfléchit de lumière directement détectable.
Comparer l’histoire de l’expansion cosmique à celle de la formation des structures permettra de tester plusieurs explications de l’accélération de l’Univers. Les résultats pourraient confirmer le comportement attendu de l’énergie noire ou indiquer qu’il faut revoir notre compréhension de la gravité et de la cosmologie.
Le Galactic Bulge Time-Domain Survey observera à plusieurs reprises une région très dense située en direction du centre de la Voie lactée. Il s’appuiera sur la microlentille gravitationnelle : la gravité d’une étoile située au premier plan amplifie temporairement la lumière d’une étoile plus éloignée lorsqu’elles sont presque alignées.
Si l’étoile au premier plan possède une planète, celle-ci peut provoquer un bref signal supplémentaire dans la courbe de luminosité. Cette méthode est particulièrement utile pour découvrir des planètes froides, peu massives ou même flottant librement dans l’espace, qui sont difficiles à détecter par la méthode des transits ou par la mesure des vitesses radiales.
Roman emportera aussi le Coronagraph Instrument. Il s’agit d’une démonstration technologique, et non de la caméra principale de la mission. En réduisant l’éblouissement produit par une étoile, cet instrument doit tester l’imagerie directe de planètes matures de la taille de Jupiter autour d’étoiles proches semblables au Soleil. Les résultats pourraient contribuer au développement de futurs observatoires capables d’imager des planètes plus petites, potentiellement comparables à la Terre.
Le WFI est l’instrument scientifique principal de Roman. Il réalisera des images infrarouges à grande échelle et de la spectroscopie grâce à plusieurs filtres, un grisme et un prisme à basse résolution. Ces fonctions soutiendront les programmes de cosmologie, d’évolution des galaxies, d’observation des phénomènes variables et de recherche d’exoplanètes par microlentille.
Le coronographe est dédié aux techniques d’imagerie directe à fort contraste. Il doit démontrer comment bloquer ou atténuer la lumière d’une étoile afin de détecter, à ses côtés, des planètes beaucoup moins lumineuses. Cette technologie sera importante pour les futures missions, mais la force scientifique distinctive de Roman restera la capacité panoramique de son WFI.
Roman n’a pas vocation à remplacer Hubble ou le télescope spatial James-Webb. Les trois observatoires sont conçus pour des stratégies d’observation différentes :
La NASA résume cette répartition ainsi : Roman observera de larges portions du ciel, tandis que Hubble et Webb se concentreront sur des objets ou des régions particulières. Les grandes cartes de Roman pourront donc servir de couche de découverte et de contexte, avant des observations ciblées par d’autres télescopes.
Les découvertes les plus médiatisées de Roman pourraient inclure de nouvelles planètes, des mesures plus précises de l’énergie noire et des cartes détaillées de la structure cosmique. Mais son apport le plus large viendra de la combinaison entre imagerie infrarouge précise, spectroscopie, observations répétées et accès ouvert à d’immenses jeux de données.
Cette approche permettra d’étudier les plus grandes questions — l’expansion de l’Univers et la formation de ses structures — tout en ouvrant la porte à une multitude de recherches sur la Voie lactée, les galaxies lointaines et les systèmes planétaires encore inconnus. L’innovation essentielle de Roman ne sera pas seulement de voir plus loin : ce sera de voir beaucoup plus de ciel à la fois, et de transformer l’Univers en un immense relevé mesurable comme une population plutôt qu’en une simple collection d’objets isolés.