Cette image composite illustre la possibilité d'une observation en "champ ultra-profond" du télescope spatial romain. Dans un champ profond, les astronomes collectent la lumière d'une partie du ciel pendant une période prolongée pour révéler les objets les plus faibles et les plus éloignés. Cette vue est centrée sur le champ ultra-profond de Hubble (encadré en bleu), qui représente le portrait le plus profond de l'univers jamais réalisé par l'humanité, au visible, longueurs d'onde ultraviolette et proche infrarouge. Deux encarts révèlent des détails étonnants des galaxies dans le champ. Au-delà du champ ultra-profond de Hubble, des observations supplémentaires obtenues au cours des deux dernières décennies ont rempli l'espace environnant. Ces observations plus larges de Hubble révèlent plus de 265, 000 galaxies, mais sont beaucoup moins profonds que le champ ultra-profond de Hubble en termes de galaxies les plus éloignées observées. Ces images Hubble sont superposées sur une vue encore plus large en utilisant les données au sol du Digitized Sky Survey. Un contour orange montre le champ de vision du prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA. Les 18 détecteurs de Roman pourront observer une zone du ciel au moins 100 fois plus grande que le champ ultra-profond de Hubble en même temps, avec la même netteté que Hubble. Crédit :NASA, ESA, et A. Koekemoer (STScI); Remerciements :Enquête sur le ciel numérisé
L'une des images les plus emblématiques du télescope spatial Hubble est le champ ultra-profond de Hubble, qui a dévoilé une myriade de galaxies à travers l'univers, remontant à quelques centaines de millions d'années après le Big Bang. Hubble a regardé une seule parcelle de ciel apparemment vide pendant des centaines d'heures à partir de septembre 2003, et les astronomes ont dévoilé cette tapisserie galactique pour la première fois en 2004, avec plus d'observations dans les années suivantes.
Le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA sera capable de photographier une zone du ciel au moins 100 fois plus grande que Hubble avec la même netteté. Parmi les nombreuses observations qui seront permises par ce large regard sur le cosmos, les astronomes envisagent la possibilité et le potentiel scientifique d'un "champ ultra-profond" du télescope spatial romain. Une telle observation pourrait révéler de nouvelles informations sur des sujets allant de la formation des étoiles pendant la jeunesse de l'univers à la façon dont les galaxies se regroupent dans l'espace.
Roman permettra une nouvelle science dans tous les domaines de l'astrophysique, du système solaire aux confins de l'univers observable. Une grande partie du temps d'observation de Roman sera consacrée à des relevés sur de larges pans du ciel. Cependant, un peu de temps d'observation sera également disponible pour la communauté astronomique générale pour demander d'autres projets. Un champ ultra profond romain pourrait grandement profiter à la communauté scientifique, disent les astronomes.
"En tant que concept de science communautaire, il pourrait y avoir des retours scientifiques passionnants des observations de terrain ultra-profonds par Roman. Nous aimerions engager la communauté astronomique à réfléchir aux moyens par lesquels ils pourraient tirer parti des capacités de Roman, " a déclaré Anton Koekemoer du Space Telescope Science Institute à Baltimore, Maryland. Koekemoer a présenté l'idée du champ ultra-profond romain lors de la 237e réunion de l'American Astronomical Society, au nom d'un groupe d'astronomes couvrant plus de 30 institutions.
Par exemple, un champ ultra-profond romain pourrait être similaire au champ ultra-profond de Hubble - en regardant dans une seule direction pendant quelques centaines d'heures pour construire une image extrêmement détaillée de très faible, objets distants. Pourtant, alors que Hubble a attrapé des milliers de galaxies de cette façon, Roman recueillerait des millions. Par conséquent, cela permettrait une nouvelle science et améliorerait considérablement notre compréhension de l'univers.
Structure et histoire de l'univers
Le plus excitant est peut-être la possibilité d'étudier le tout premier univers, qui correspond aux galaxies les plus éloignées. Ces galaxies sont aussi les plus rares :par exemple, seule une poignée est observée dans le champ ultra-profond de Hubble.
Grâce au large champ de vision de Roman et aux données dans le proche infrarouge de qualité similaire à celles de Hubble, il pourrait en découvrir plusieurs centaines, ou peut-être des milliers, de ces plus jeunes, galaxies les plus lointaines, dispersés parmi les millions d'autres galaxies. Cela permettrait aux astronomes de mesurer comment ils se regroupent dans l'espace ainsi que leurs âges et comment leurs étoiles se sont formées.
"Roman produirait également de puissantes synergies avec les télescopes actuels et futurs au sol et dans l'espace, y compris le télescope spatial James Webb de la NASA et d'autres, ", a déclaré Koekemoer.
Avancer dans le temps cosmique, Roman ramasserait des galaxies supplémentaires qui existaient environ 800 millions à 1 milliard d'années après le big bang. À ce moment-là, les galaxies commençaient tout juste à se regrouper en amas sous l'influence de la matière noire. Alors que les chercheurs ont simulé ce processus de formation de structures à grande échelle, un champ ultra-profond romain fournirait des exemples du monde réel pour tester ces simulations.
Formation d'étoiles au cours du temps cosmique
L'univers primitif a également connu une tempête de feu de formation d'étoiles. Les étoiles naissaient à des rythmes des centaines de fois plus rapides que ce que nous voyons aujourd'hui. En particulier, les astronomes sont impatients d'étudier "l'aube cosmique" et "le midi cosmique, « qui couvrent ensemble une période de 500 millions à 3 milliards d'années après le big bang lorsque la plupart des formations d'étoiles se produisaient, ainsi que lorsque les trous noirs supermassifs étaient les plus actifs.
Illustration du télescope spatial romain Nancy Grace. Crédit :NASA
"Parce que le champ de vision de Roman est si grand, ça va changer la donne. Nous serions en mesure d'échantillonner non seulement un environnement dans un champ de vision étroit, mais à la place, une variété d'environnements capturés par la vue écarquillée de Roman. Cela nous donnera une meilleure idée de l'endroit et du moment de la formation des étoiles, " a expliqué Sangeeta Malhotra du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Malhotra est co-investigateur des équipes d'investigation de la science romaine travaillant sur l'aube cosmique, et a dirigé des programmes de spectroscopie profonde avec Hubble, pour en savoir plus sur le lointain, jeunes galaxies.
Les astronomes sont impatients de mesurer les taux de formation d'étoiles à cette époque lointaine, qui pourraient influencer une variété de facteurs tels que la quantité d'éléments lourds observée. Les taux de formation d'étoiles peuvent dépendre du fait qu'une galaxie se trouve ou non dans un grand amas. Roman sera capable de prendre des spectres faibles qui montreront des "empreintes digitales" distinctes de ces éléments, et donnent des distances précises (appelées redshifts) des galaxies.
"Les experts en population pourraient demander, quelles différences y a-t-il entre les gens qui vivent dans les grandes villes, contre ceux des banlieues, ou zones rurales? De la même manière, en tant qu'astronomes, nous pouvons demander, les galaxies stellaires les plus actives vivent-elles dans des régions très regroupées, ou juste aux bords des clusters, ou vivent-ils isolés ?", a déclaré Malhotra.
Big data et machine learning
L'un des plus grands défis de la mission romaine sera d'apprendre à analyser l'abondance d'informations scientifiques dans les ensembles de données publiques qu'elle produira. Dans un sens, Roman créera de nouvelles opportunités non seulement en termes de couverture du ciel, mais aussi dans l'exploration de données.
Un champ ultra-profond romain contiendrait des informations sur des millions de galaxies, bien trop nombreuses pour être étudiées une par une par les chercheurs. L'apprentissage automatique, une forme d'intelligence artificielle, sera nécessaire pour traiter l'énorme base de données. Bien qu'il s'agisse d'un défi, il offre également une opportunité. "Vous pourriez explorer des questions complètement nouvelles que vous ne pouviez pas aborder auparavant, " a déclaré Koekemoer.
"Le potentiel de découverte permis par les énormes ensembles de données de la mission romaine pourrait conduire à des avancées dans notre compréhension de l'univers, au-delà de ce que nous pourrions envisager actuellement, " a ajouté Koekemoer. " Cela pourrait être l'héritage durable de Roman pour la communauté scientifique :non seulement en répondant aux questions scientifiques que nous pensons pouvoir aborder, mais aussi de nouvelles questions auxquelles nous n'avons pas encore pensé."
