Le télescope Roman de la NASA prépare la plus grande carte de l'univers lointain : le cœur de la mission cible la matière noire et l'énergie noire
Le télescope spatial Nancy Grace Roman de la NASA, un nouvel observatoire infrarouge majeur, est dans la phase finale de ses préparatifs après que l'observatoire dans son ensemble a été achevé et est entré dans une période d'intégration et de tests. Selon la NASA, la mission est officiellement prévue pour un lancement au plus tard en mai 2027, avec la possibilité d'être prête plus tôt, dès l'automne 2026, si les tests finaux et la logistique se déroulent comme prévu. Roman devrait, lors de son envol, ouvrir l'une des campagnes de cartographie de l'espace les plus ambitieuses de l'histoire : un relevé qui couvrira des centaines de millions et, à terme, plus d'un milliard de galaxies, afin de comprendre plus précisément ce qui régit la structure et l'expansion de l'univers.
Au cœur de cet effort se trouve le
High-Latitude Wide-Area Survey, l'une des trois campagnes d'observation fondamentales de la mission primaire de Roman. Il s'agit d'un relevé à large bande des « hautes latitudes galactiques », ce qui signifie que le télescope regardera loin du disque poussiéreux de la Voie lactée afin d'avoir la vue la plus claire possible sur le cosmos lointain et de réduire l'influence de la poussière interstellaire sur les mesures. Selon les descriptions du programme de la NASA, le relevé couvrira plus de 5 000 degrés carrés de ciel, soit environ 12 pour cent de l'ensemble de la sphère céleste, en un peu moins d'un an et demi d'observation.
Pourquoi Roman est important : une « qualité Hubble » sur une grande surface de ciel
Les observatoires spatiaux actuels, tels que Hubble et James Webb, ont permis d'obtenir des images extrêmement détaillées et des regards profonds sur les premières phases de l'univers, mais avec un champ de vision relativement étroit par rapport à la vaste surface du ciel que les astronomes souhaitent cartographier systématiquement. L'avantage clé de Roman est la combinaison d'un large champ de vision et de la stabilité des observations depuis l'espace, loqui permet d'obtenir une qualité d'image et des mesures cohérentes sur une grande surface de ciel. En pratique, cela signifie que, en un seul endroit, la « largeur » du relevé sera combinée à la précision nécessaire pour les tests cosmologiques modernes.
C'est précisément cette précision que la mission de Roman dirige vers les deux plus grandes composantes « invisibles » du cosmos. La
matière noire n'émet ni n'absorbe de lumière, elle ne peut donc être suivie que par ses effets gravitationnels sur la matière visible. L'
énergie noire, quant à elle, est le nom donné au phénomène qui, dans la cosmologie contemporaine, est associé à l'expansion accélérée de l'univers. Selon les documents de programme de la NASA, le relevé à large bande de Roman est conçu pour mesurer simultanément comment l'univers se dilate à travers le temps et comment les structures cosmiques – galaxies, amas et réseaux – évoluent au sein de cette expansion.
Une carte de l'univers en 3D : image et spectre dans la même campagne
Le High-Latitude Wide-Area Survey n'est pas conçu comme une photographie classique du ciel, mais comme une combinaison de deux approches. La première est l'imagerie profonde dans plusieurs filtres, qui donne des formes et des couleurs précises des galaxies. La seconde est la spectroscopie, c'est-à-dire la « décomposition » de la lumière en longueurs d'onde individuelles afin de reconnaître dans le spectre des motifs qui révèlent la composition chimique, les vitesses et – aspect crucial pour la cosmologie – le décalage vers le rouge. Selon les descriptions de la mission de la NASA, la partie spectroscopique du relevé de Roman devrait collecter des spectres pour environ 20 millions de galaxies.
Le décalage vers le rouge permet d'estimer à quelle vitesse une galaxie s'éloigne et quelle est sa distance, car les longueurs d'onde de la lumière s'« étirent » à mesure que l'espace se dilate. Sur cette base, les astronomes construisent des cartes tridimensionnelles de la répartition des galaxies à travers le temps, transformant pratiquement le ciel en une carte de l'histoire cosmique. Selon les données sur les objectifs du relevé, Roman devrait cartographier les galaxies dans la zone du relevé jusqu'à une distance d'environ 11 à 11,5 milliards d'années-lumière, capturant ainsi une grande partie de l'histoire de l'univers après les époques primitives.
« Peser les ombres » : le lentillage gravitationnel faible comme trace de la matière noire
L'un des outils les plus importants du relevé sera la mesure du
lentillage gravitationnel faible. Dans la relativité générale, chaque masse courbe l'espace-temps, et à grande échelle, cela peut déformer les images des galaxies lointaines. Dans le cas d'un lentillage fort, l'effet est parfois évident – arcs, anneaux ou images multiples de la même source – mais pour la cosmologie, le lentillage faible est particulièrement précieux, là où les déformations sont minuscules et invisibles « à première vue ». Un tel signal ne devient mesurable que lorsque les formes d'un nombre immense de galaxies sont analysées statistiquement, en cherchant des changements communs, très petits, dans l'orientation et l'ellipticité.
Selon les estimations citées par la NASA dans le contexte du relevé à large bande de Roman, le télescope pourrait enregistrer plus d'un milliard de galaxies, et environ 600 millions d'entre elles auront des mesures de forme de qualité suffisante pour être utilisées dans l'analyse du lentillage faible. À partir de telles données, une carte de la répartition de la masse – y compris la masse invisible – émerge à travers différentes périodes de l'histoire cosmique. Lorsque l'on voit comment des « grumeaux » de masse se forment et croissent, on obtient un test à la fois pour la matière noire et pour la manière dont la gravité se comporte aux plus grandes échelles.
Il est également important que les normes élevées de traitement des données, nécessaires pour extraire le signal faible des erreurs systématiques instrumentales, puissent élever l'ensemble de la communauté. Selon la NASA, c'est précisément l'attente de données très homogènes et de haute qualité sur une grande surface de ciel qui ouvre un espace non seulement pour des mesures précises, mais aussi pour des découvertes inattendues, allant d'objets rares à de nouveaux types de phénomènes qui se perdent facilement dans des échantillons plus petits.
« Règle cosmique » : oscillations acoustiques baryoniques et histoire de l'expansion
Le deuxième grand axe du programme de Roman dans ce relevé est la mesure des
oscillations acoustiques baryoniques – des traces « figées » d'ondes sonores provenant de l'univers très primitif. Selon le modèle cosmologique décrit par la NASA dans le contexte de la mission, au cours des premières centaines de milliers d'années après le Big Bang, l'univers était un plasma chaud dans lequel la matière et le rayonnement étaient fortement couplés. De minuscules irrégularités de densité créaient une attraction gravitationnelle, mais la pression de rayonnement et la température élevée provoquaient une répulsion, ce qui déclenchait des ondes de pression – une sorte de « son » de l'univers primitif. Lorsque l'univers s'est suffisamment refroidi, ces ondes ont cessé de voyager et ont laissé un motif dans la répartition de la matière.
Aujourd'hui, ce motif se manifeste par une probabilité légèrement accrue de trouver des galaxies à certaines distances mutuelles. Ces distances agissent comme une règle : si l'on connaît la taille « standard » du motif, mesurer comment il est vu à différentes époques permet de conclure sur la manière dont l'espace s'est dilaté. Les documents de la NASA pour Roman indiquent que ces anneaux dans l'univers actuel sont de l'ordre de 500 millions d'années-lumière. La combinaison par Roman d'un large échantillon de galaxies et de mesures spectroscopiques du décalage vers le rouge devrait améliorer la précision de telles mesures et ainsi réduire l'espace pour les différentes théories sur l'énergie noire et la gravité.
L'énergie noire est-elle « variable » ? Roman comme test des indices les plus sensibles
Au cours des dernières années, une série de mesures issues de différentes expériences et télescopes a alimenté les débats sur la question de savoir si l'énergie noire est constante à travers le temps ou si sa « force » pourrait évoluer. La NASA, dans ses descriptions de programme de la mission Roman, souligne que c'est précisément la combinaison de l'imagerie large et des mesures de décalage vers le rouge (redshift) qui permettra des tests de haute précision capables de confirmer ou de rejeter de tels indices. Dans cette logique, Roman est conçu comme un instrument qui n'offrira pas seulement un chiffre de plus sur la vitesse d'expansion, mais vérifiera simultanément la cohérence de deux « traces » clés : l'expansion de l'univers et la croissance des structures.
En pratique, si l'expansion s'accélère d'une manière et que les structures croissent d'une autre, cela peut indiquer la nécessité d'une correction du modèle – soit par une énergie noire dynamique, soit par des descriptions alternatives de la gravité aux plus grandes échelles. La NASA indique, dans le contexte des objectifs de Roman, que la mission pourrait mener à des mesures des effets de l'énergie noire avec une précision nettement supérieure par rapport aux approches existantes, ce qui permettrait de distinguer plus clairement les scénarios théoriques dominants.
Qu'obtient-on d'autre « au passage » : des galaxies lointaines aux objets du système solaire
Bien que le High-Latitude Wide-Area Survey soit conçu avec la cosmologie en point de mire, sa largeur et sa profondeur signifient qu'une immense quantité d'informations utiles pour d'autres domaines de l'astronomie se trouvera dans les mêmes données. Selon la NASA, la manière dont Roman sondera le ciel peut ouvrir un espace pour des découvertes allant de petits corps rocheux dans les parties externes du système solaire à des événements explosifs et des fusions de galaxies, ainsi que des trous noirs dans le passé lointain de l'univers. Le fait qu'un ensemble de données homogène, créé en un temps relativement court pour une surface de ciel aussi grande, permette des comparaisons systématiques et la recherche d'objets rares est particulièrement important.
Organisation de la mission et partenaires industriels
Le télescope Roman est dirigé par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (Maryland), avec la participation du Jet Propulsion Laboratory en Californie et d'institutions telles que Caltech/IPAC et le Space Telescope Science Institute, qui jouent des rôles importants dans l'infrastructure scientifique et le travail sur les données selon les descriptions de la mission de la NASA. Dans la partie industrielle du programme, la NASA cite plusieurs partenaires clés, parmi lesquels BAE Systems, L3Harris Technologies et Teledyne Scientific & Imaging, des entreprises liées au développement et à l'intégration des systèmes clés de l'observatoire et des instruments.
Pour la communauté scientifique, les règles d'accès et de répartition des données seront peut-être tout aussi importantes que le matériel. Les « Core Community Surveys » de Roman, dont fait partie le High-Latitude Wide-Area Survey, sont formés par un processus collaboratif et devraient générer des ensembles de données qui seront utilisés par un large cercle de chercheurs. La NASA et les institutions partenaires annoncent que de tels ensembles deviendront le fondement de projets qui ne sont même pas encore imaginés aujourd'hui, ce qui est typique des missions qui créent des références standard dans les mesures de l'univers.
Sources :- NASA – annonce de l'achèvement de l'assemblage de l'observatoire et du plan de lancement indicatif ( lien )
- Science@NASA – résumé et infographie du programme High-Latitude Wide-Area Survey, surface du relevé et structure des observations ( lien )
- Roman Space Telescope (NASA/GSFC) – page officielle du relevé et objectifs scientifiques ( lien )
- Roman Community Defined Surveys (STScI) – description technique du High-Latitude Wide-Area Survey et méthodes (lentillage faible, BAO, RSD) ( lien )
- NASA – description de l'organisation de la mission et des partenaires industriels ( lien )
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