Le télescope Roman suivra un univers en constante évolution

Le Nancy Grace Roman Space Telescope de la NASA est conçu pour montrer l’univers en mouvement. En photographiant à plusieurs reprises les mêmes régions, il permettra aux astronomes d’étudier des changements qui se déroulent sur des heures, des années et des périodes plus longues, depuis les explosions d’étoiles jusqu’à l’activité de soleils faibles et proches.

Le télescope porte le nom de Nancy Grace Roman, la première responsable de l’astronomie de la NASA et sa première femme dirigeante. Evening Report rapporte que le principal avantage de Roman viendra de la combinaison de trois capacités qu’il est généralement difficile de réunir au même moment : des images détaillées, un très vaste champ de vision et une surveillance régulière.

Cette combinaison pourrait transformer les observations du ciel en quelque chose qui s’apparente davantage à un relevé temporel qu’à une collection d’images isolées. Les changements de luminosité et de position peuvent révéler les processus physiques à l’œuvre dans le cosmos.

Une vue étendue et détaillée

Roman est souvent comparé au télescope spatial Hubble. Les deux observatoires sont équipés de miroirs de même taille et travaillent tous deux avec la lumière visible et infrarouge. Roman peut toutefois observer une région du ciel jusqu’à 200 fois plus grande.

Un champ de vision plus large s’accompagne généralement d’une perte de détails. Kepler et le Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou TESS, ont étudié un très grand nombre d’étoiles, mais leur résolution spatiale plus faible peut amener des objets voisins à se fondre en une seule source apparente. Le James Webb Space Telescope fournit des images plus nettes, mais son champ de vision plus réduit l’empêche de suivre efficacement des millions d’objets simultanément.

Roman est destiné à se situer entre ces deux approches. Sa résolution devrait permettre aux astronomes de distinguer les étoiles individuelles dans les régions très denses, tandis que sa vaste zone d’observation permettra au télescope d’examiner de nombreuses cibles en une seule observation. Le retour sur les mêmes champs ajoutera la troisième dimension : le temps.

Les différents types d’objets changent à des vitesses différentes. Un phénomène qui ne dure que quelques heures peut indiquer un événement différent de celui qui se développe sur plusieurs années. Mesurer ces variations de lumière devrait aider les chercheurs à déterminer ce qui se produit sans dépendre d’un seul instantané.

À la recherche d’objets dans le centre galactique très dense

Deux grands relevés utiliseront la stratégie d’observation temporelle de Roman dans différentes parties du ciel. Le High-Latitude Time-Domain Survey recherchera des événements lointains, comme les supernovae. Le Galactic Bulge Time-Domain Survey se concentrera sur la région centrale dense de la Voie lactée.

Depuis la Terre, le bulbe galactique apparaît comme une bande pâle et floue, car un très grand nombre d’étoiles, ainsi que du gaz et de la poussière, se trouvent sur la ligne de visée. La résolution de Roman et ses observations infrarouges aideront à distinguer ces étoiles individuellement, créant une toile de fond pour les recherches qui reposent sur de brèves variations de luminosité.

L’une de ces techniques est la microlentille gravitationnelle. Lorsqu’un objet situé au premier plan passe entre une étoile lointaine et le télescope, sa gravité peut courber et amplifier la lumière de l’étoile. L’objet intermédiaire peut être une étoile, une planète de la taille approximative de Mars ou un trou noir dont la masse est des centaines de fois supérieure à celle du Soleil.

Roman recherchera également les transits, qui se produisent lorsqu’une planète passe devant son étoile et provoque une légère baisse de la lumière de celle-ci. Comme le bulbe galactique contient un très grand nombre d’étoiles, les astronomes s’attendent à ce que le relevé identifie environ 100 000 planètes en transit.

Suivre les petites étoiles actives

Les observations répétées révéleront également la façon dont les étoiles tournent et dont les caractéristiques de leur surface évoluent. Cela est particulièrement utile pour les étoiles les plus petites et les plus froides, dont la lumière faible et rougeâtre les rend difficiles à étudier en grand nombre.

Les étoiles dont la température est inférieure à environ 2 500 degrés Celsius devraient présenter à la fois des taches magnétiques et des nuages à leur surface. Lorsqu’une étoile tourne, ces caractéristiques entrent dans le champ de vision puis en sortent, produisant des variations qui peuvent être utilisées pour calculer sa période de rotation.

La comparaison de ces périodes pour de nombreuses étoiles pourrait montrer comment l’activité stellaire évolue sur de longues échelles de temps. Elle pourrait également fournir des indices sur les environnements entourant les planètes en orbite autour de ces étoiles.

TESS a étudié presque l’ensemble du ciel au cours des huit dernières années et a mesuré les périodes de rotation de centaines de ces étoiles très petites. Mais ses observations en lumière visible rendent ces étoiles relativement peu lumineuses, tandis que sa résolution plus faible pose des problèmes dans les régions densément peuplées.

La combinaison, chez Roman, d’une sensibilité au proche infrarouge, d’une imagerie détaillée et d’une couverture étendue devrait permettre d’élargir considérablement cet échantillon. Une collection plus importante d’étoiles, provenant d’une gamme plus vaste d’environnements, pourrait aider les astronomes à comprendre comment le comportement stellaire varie — et ce que cela signifie pour les mondes qui les entourent.

Des supernovae lointaines aux planètes et aux étoiles compactes proches du centre de la Voie lactée, Roman examinera un ciel qui change bien davantage que ne le laisse penser la vision à l’œil nu.