Nancy Grace Roman : le télescope de la NASA qui va cartographier le cosmos en grand format

Autrement dit, Roman ne cherchera pas seulement à produire des images très détaillées d’objets isolés. Il pourra photographier de vastes portions du ciel avec une finesse élevée, puis répéter ces observations pour suivre l’évolution des galaxies, des supernovae et des étoiles.

Une caméra panoramique pour la cosmologie

Cette combinaison entre précision optique et champ de vision panoramique donnera à Roman une puissance de recensement exceptionnelle. Au cours de sa mission, l’observatoire pourrait mesurer la lumière provenant d’environ un milliard de galaxies.

Cette masse de données permettra aux scientifiques de travailler sur les populations plutôt que sur quelques objets particuliers. En cartographiant la distribution des galaxies et en mesurant leurs distances, Roman aidera à retracer la croissance des grandes structures de l’Univers et à tester les modèles cosmologiques.

Son instrument principal est une caméra d’environ 288 mégapixels, adaptée aux relevés en proche infrarouge. La mission prévoit plusieurs grands programmes d’observation, dont des relevés cosmologiques et une étude temporelle de la région centrale de la Voie lactée.

Comprendre l’énergie noire et l’expansion accélérée

L’un des objectifs majeurs de Roman est de comprendre pourquoi l’expansion de l’Univers s’accélère. Cette accélération est généralement attribuée à l’énergie noire, mais sa nature reste inconnue.

Pour avancer, Roman combinera plusieurs méthodes :

• la mesure de la répartition des galaxies en trois dimensions ;
• l’étude de la déformation apparente des galaxies par l’effet de lentille gravitationnelle faible ;
• l’observation de supernovae de type Ia, utilisées comme repères pour mesurer les distances cosmiques ;
• l’analyse de la croissance des amas et des structures de matière.

Les formes légèrement déformées des galaxies lointaines révèlent comment la masse située sur la ligne de visée courbe leur lumière. Cette méthode permettra de dresser des cartes de la matière noire, invisible directement mais décelable par ses effets gravitationnels.

En réunissant les mesures de l’expansion et celles de la formation des structures, les chercheurs pourront déterminer si l’énergie noire se comporte comme une constante cosmologique ou si elle évolue au cours du temps. Ces observations pourront aussi mettre à l’épreuve la relativité générale à l’échelle de l’Univers.

Un recensement géant des exoplanètes

Roman cherchera également des planètes situées au-delà du Système solaire. Son relevé de la région centrale de la Voie lactée surveillera la lumière de centaines de millions d’étoiles.

La méthode privilégiée sera celle des microlentilles gravitationnelles. Lorsqu’une étoile passe presque devant une autre depuis le point de vue de la Terre, la gravité de l’étoile la plus proche amplifie brièvement la lumière de l’étoile d’arrière-plan. Une planète en orbite autour de l’étoile située au premier plan peut alors provoquer une infime variation supplémentaire de luminosité.

Cette technique est particulièrement intéressante parce qu’elle peut repérer des planètes froides, éloignées de leur étoile, ainsi que des mondes errants qui ne sont liés à aucune étoile. Ces objets sont souvent difficiles à détecter avec la méthode des transits, qui consiste à mesurer la baisse de luminosité d’une étoile lorsqu’une planète passe devant elle.

La NASA estime actuellement que Roman pourrait détecter environ 100 000 planètes par microlentille gravitationnelle. Le chiffre de 200 000 parfois avancé ne correspond pas à l’estimation officielle actuellement mise en avant par l’agence.

Le coronographe : voir des planètes directement

Roman embarquera aussi un Coronagraph Instrument. Cet instrument bloquera une partie de la lumière éblouissante des étoiles afin de tenter d’observer directement des exoplanètes géantes et des disques de poussière autour d’étoiles proches, là où se forment les systèmes planétaires.

Il s’agit avant tout d’une démonstration technologique. Le coronographe testera des masques de suppression de lumière, des miroirs déformables et des systèmes de contrôle du front d’onde. Les résultats pourraient être essentiels à de futures missions capables d’étudier plus directement des planètes rocheuses potentiellement habitables.

Une arrivée à L2 après le plein d’hydrazine

Roman doit fonctionner pendant une mission nominale de cinq ans, avec un objectif opérationnel de dix ans.

Avant son lancement, les équipes de la NASA ont chargé l’observatoire de 290 gallons d’hydrazine, soit près de 1 100 litres de propergol, au centre spatial Kennedy. Ce carburant servira après la séparation avec le lanceur à corriger la trajectoire de Roman, à rejoindre sa région d’observation et à maintenir sa position autour de L2.

Cette étape constitue un jalon important de la préparation au lancement, car elle précède les opérations finales d’inspection, de tests, de répétitions et d’intégration avec l’étage supérieur du Falcon Heavy. L’observatoire doit ensuite être placé sous la coiffe protectrice de la fusée.

Roman et Webb : deux télescopes complémentaires

Roman ne remplacera pas le télescope spatial James-Webb et n’entrera pas en concurrence directe avec lui. Les deux observatoires répondent à des usages différents.

Roman est conçu pour observer rapidement de grandes zones du ciel et établir des recensements statistiques en proche infrarouge. Webb, lui, excelle dans l’étude très profonde et très détaillée d’objets sélectionnés : galaxies lointaines, étoiles, atmosphères planétaires ou régions de formation stellaire.

Roman pourra donc repérer des objets rares ou particulièrement intéressants, que Webb examinera ensuite avec une résolution et une sensibilité supérieures. Cette complémentarité permettra de relier la vue d’ensemble fournie par Roman à l’analyse détaillée offerte par Webb.

Des chiffres à prendre avec prudence

Plusieurs chiffres spectaculaires circulent au sujet de Roman. Les sources officielles de la NASA confirment un champ de vision au moins 100 fois supérieur à celui de Hubble, une mission potentiellement consacrée à l’étude de la lumière d’un milliard de galaxies et environ 100 000 détections planétaires par microlentille.

En revanche, les sources de référence disponibles ici ne permettent pas de confirmer avec le même niveau d’autorité les affirmations précises concernant 500 téraoctets de données par an ou une cartographie de la Voie lactée en un mois contre un siècle pour Hubble. Roman devrait néanmoins changer d’échelle l’observation astronomique : moins de gros plans isolés, davantage de cartes et de statistiques pour comprendre comment l’Univers s’est formé, comment il évolue et quels types de systèmes planétaires peuplent notre galaxie.