Illustration haute résolution du vaisseau spatial romain sur fond étoilé. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Lors de son lancement au milieu des années 2020, Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA créera d'énormes images panoramiques de l'espace avec des détails sans précédent. Le large champ de vision de la mission permettra aux scientifiques de mener de vastes relevés cosmiques, fournissant une mine de nouvelles informations sur l'univers.
Le système terrestre de la mission romaine, qui mettra les données de l'engin spatial à la disposition des scientifiques et du public, vient de terminer avec succès sa revue de conception préliminaire. Le plan des opérations scientifiques a satisfait à toutes les étapes de conception, calendrier, et les exigences budgétaires, et passera maintenant à la phase suivante :la construction du système de données nouvellement conçu.
"C'est une étape passionnante pour la mission, " a déclaré Ken Carpenter, le scientifique du projet de système terrestre romain au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « Nous sommes sur la bonne voie pour terminer le système de données à temps pour le lancement, et nous attendons avec impatience la science révolutionnaire que cela permettra. »
Roman aura la même résolution que le télescope spatial Hubble mais capturera un champ de vision près de 100 fois plus grand. Les scientifiques s'attendent à ce que le vaisseau spatial collecte plus de données que n'importe quelle autre mission d'astrophysique de la NASA.
En utilisant les observations de Hubble, les astronomes ont révolutionné notre vision de l'univers et déclenché un flot de découvertes. Hubble a rassemblé 172 téraoctets de données depuis son lancement en 1990. Si toutes ces données étaient imprimées sous forme de texte et que les pages étaient superposées, la pile atteindrait environ 5, 000 milles (8, 000 kilomètres) de haut. C'est assez loin pour atteindre environ 15 fois plus haut que l'orbite de Hubble, ou environ 2% de la distance à la Lune.
Roman collectera des données environ 500 fois plus rapidement que Hubble, additionner jusqu'à 20, 000 téraoctets (20 pétaoctets) au cours de sa mission principale de cinq ans. Si ces données ont été imprimées, la pile de papiers s'élèverait à 330 miles (530 kilomètres) de haut après une seule journée. À la fin de la mission principale de Roman, la pile s'étendrait bien au-delà de la Lune. Des trésors cosmiques incalculables seront mis en lumière par les riches observations de Roman.
Un tel volume d'informations obligera la NASA à s'appuyer sur de nouvelles techniques de traitement et d'archivage. Les scientifiques accéderont aux données de Roman et les analyseront à l'aide de services à distance basés sur le cloud et d'outils plus sophistiqués que ceux utilisés par les missions précédentes.
Toutes les données de Roman seront accessibles au public dans les jours suivant les observations, une première pour une mission phare d'astrophysique de la NASA. Ceci est important car les images colossales de Roman contiendront souvent bien plus que la cible principale de l'observation.
Étant donné que les scientifiques du monde entier auront un accès rapide aux données, ils pourront découvrir rapidement des phénomènes éphémères, comme les explosions de supernova. La détection rapide de ces phénomènes permettra à d'autres télescopes d'effectuer des observations de suivi.
Cette image simulée illustre le large éventail de connaissances scientifiques rendues possibles par le champ de vision extrêmement large et la résolution exquise de Roman. Les carrés violets, qui contiennent tous des images d'arrière-plan simulées à l'aide des données du programme Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Survey (CANDELS) de Hubble, décrire la zone que Roman peut capturer en une seule observation. Un carré orange montre le champ de vision de la caméra grand champ 3 de Hubble à des fins de comparaison. Alors que le programme CANDELS a mis près de 21 jours à Hubble pour effectuer des relevés dans le proche infrarouge, Le large champ de vision de Roman et son efficacité plus élevée lui permettraient de surveiller la même zone en moins d'une demi-heure. En haut à gauche :Cette vue illustre une région de la grande galaxie spirale voisine M83. En haut à droite :une hypothétique galaxie naine lointaine apparaît dans cette vue agrandie, démontrant la capacité de Roman à détecter les petits, galaxies faibles à grande distance. En bas à gauche :cette vue agrandie illustre comment Roman sera capable de résoudre les étoiles brillantes même dans les noyaux denses des amas d'étoiles globulaires. En bas à droite :un zoom de l'arrière-plan basé sur CANDELS montre la densité des galaxies à fort décalage vers le rouge que Roman détectera. Crédit :Benjamin Williams, David Weinberg, Anil Seth, Éric Bell, Dave Sand, Dominique Benford, et l'équipe d'investigation scientifique WINGS
Localiser les planètes
L'un des domaines scientifiques qui bénéficiera des vastes données de la mission est l'enquête par microlentille. La lentille gravitationnelle est un effet d'observation qui se produit parce que la présence de masse déforme le tissu de l'espace-temps. L'effet est extrême autour d'objets très massifs, comme des trous noirs et des galaxies entières. Mais même des objets relativement petits comme les étoiles et les planètes provoquent un degré de déformation détectable, appelé microlentille.
Chaque fois que deux étoiles s'alignent étroitement de notre point de vue, la lumière des courbes d'étoiles les plus éloignées lorsqu'elle voyage à travers l'espace-temps déformé autour de l'étoile la plus proche. L'étoile la plus proche agit comme une lentille cosmique naturelle, focalisant et intensifiant la lumière de l'étoile d'arrière-plan.
Les scientifiques voient cela comme un pic de luminosité. Les planètes en orbite autour de l'étoile au premier plan peuvent également modifier la lumière lentille, agissant comme leurs propres minuscules lentilles. Ces petites signatures guident la conception de l'enquête de microlentille de Roman.
"Avec un si grand nombre d'étoiles et des observations fréquentes, L'enquête de microlentille de Roman verra des milliers d'événements planétaires, " dit Rachel Akeson, chef de projet pour le Roman Science Support Center de l'IPAC/Caltech à Pasadena, Californie. "Chacun aura une signature unique que nous pourrons utiliser pour déterminer la masse de la planète et la distance de son étoile."
L'enquête par microlentille de Roman détectera également des centaines d'autres objets cosmiques bizarres et intéressants. Roman découvrira des planètes sans étoiles qui parcourent la galaxie comme des mondes voyous; naines brunes, qui sont trop massives pour être qualifiées de planètes mais pas assez massives pour s'enflammer comme des étoiles ; et cadavres stellaires, y compris les étoiles à neutrons et les trous noirs, qui sont laissés pour compte lorsque les étoiles épuisent leur carburant.
Les événements de microlentille sont extrêmement rares et nécessitent des observations approfondies. Roman surveillera des centaines de millions d'étoiles toutes les 15 minutes pendant des mois, ce qu'aucun autre télescope spatial ne peut faire, générer un flux sans précédent de nouvelles informations.
Regardant au-delà de notre galaxie
Alors que l'enquête par microlentille se tournera vers le cœur de notre galaxie, où les étoiles sont les plus densément concentrées, Les études cosmologiques de Roman scruteront bien au-delà de nos étoiles pour étudier des centaines de millions d'autres galaxies. Ces observations aideront à éclairer deux des plus grandes énigmes cosmiques :la matière noire et l'énergie noire.
La matière visible ne représente qu'environ cinq pour cent du contenu de l'univers. Près de 27% de l'univers se présente sous forme de matière noire, qui n'émet ni n'absorbe la lumière. La matière noire n'est détectable que par ses effets gravitationnels sur la matière visible.
Roman nous aidera à comprendre de quoi est faite la matière noire en explorant la structure et la distribution de la matière ordinaire et de la matière noire dans l'espace et le temps. Cette enquête ne peut être effectuée efficacement qu'en utilisant des mesures précises de nombreuses galaxies.
Les 68% restants de l'univers sont constitués d'énergie noire. Cette mystérieuse pression cosmique accélère l'expansion de l'univers, mais pour l'instant nous n'en savons pas beaucoup plus.
Roman étudiera l'énergie noire à travers de multiples stratégies d'observation, y compris des relevés d'amas de galaxies et de supernovae. Les scientifiques créeront une carte en 3D de l'univers pour nous aider à comprendre comment l'univers s'est développé au fil du temps sous l'influence de l'énergie noire.
Puisque Roman aura un si grand champ de vision, cela réduira considérablement le temps nécessaire à la collecte de données. Le Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Survey (CANDELS) est l'un des plus grands projets jamais réalisés avec Hubble, conçu pour étudier le développement des galaxies au fil du temps. Alors qu'il a fallu près de 21 jours à Hubble, Roman remplirait un sondage similaire en moins d'une demi-heure-1, 000 fois plus rapide que Hubble. En utilisant Roman, les scientifiques pourront étendre ces observations d'une manière qui serait impraticable avec d'autres télescopes.
"Avec ses vitesses d'enquête incroyablement rapides, Roman observera des planètes par milliers, des galaxies par millions, et des étoiles par milliards, " a déclaré Karoline Gilbert, scientifique de mission pour le Roman Science Operations Center du Space Telescope Science Institute à Baltimore. "Ces vastes ensembles de données nous permettront d'aborder les mystères cosmiques qui font allusion à une nouvelle physique fondamentale."
