Le 12 décembre 2025, la NASA a annoncé un plan ambitieux pour cartographier notre galaxie en détail à l'aide du télescope spatial Nancy Grace Roman. Il s'agit du premier grand relevé galactique que ce nouvel observatoire infrarouge effectuera dès qu'il commencera sa mission primaire de cinq ans. En seulement un mois d'observation effective, réparti sur les deux premières années de fonctionnement, Roman devrait enregistrer les positions et les propriétés de dizaines de milliards d'étoiles et révéler des structures de la Voie lactée que nous n'avons pas pu voir jusqu'à présent en raison de la poussière dense et des limitations des télescopes existants.

Le cœur de cette entreprise s'appelle le Galactic Plane Survey – un relevé du plan galactique qui se concentrera sur la bande la plus brillante et la plus dense de notre galaxie, où se trouvent la majorité des étoiles, du gaz et de la poussière. Les scientifiques s'attendent à ce que la combinaison d'un large champ de vision, d'une fine résolution spatiale et d'une sensibilité dans le domaine infrarouge transforme ce relevé en une sorte d'« expédition minière » à travers la Voie lactée, avec une quantité sans précédent de nouvelles données sur les pouponnières d'étoiles, les étoiles mourantes, les résidus compacts et les systèmes binaires exotiques.

Le relevé galactique de Roman comme nouvelle carte de référence de la Voie lactée

Le Galactic Plane Survey sera le premier relevé astrophysique général sélectionné pour la mission Nancy Grace Roman. Il s'appuiera sur trois relevés fondamentaux, dits core, qui ont déjà été définis pour la mission, ainsi que sur la démonstration technologique du coronographe, un instrument qui testera des méthodes avancées de blocage de l'éclat des étoiles afin d'imager directement des exoplanètes et les disques de poussière autour d'elles. Dans le cadre de la mission primaire, il est prévu qu'au moins un quart du temps total d'observation soit ouvert à la communauté scientifique par concours, on s'attend donc à toute une série de programmes spécialisés supplémentaires, mais c'est précisément le Galactic Plane Survey qui fournira la « carte squelette » la plus complète de notre galaxie.

Le plan prévoit que Roman couvre environ 691 degrés carrés du ciel dans la composante principale de l'enquête, ce qui correspond à une zone visible d'environ 3500 pleines Lunes alignées les unes à côté des autres. Cette partie du relevé sera dirigée le long de la bande visible de la Voie lactée dans le ciel, c'est-à-dire le long du plan du disque galactique. Une composante supplémentaire se concentrera sur une région plus petite, mais observée de manière répétée, d'une superficie d'environ 19 degrés carrés – environ 95 pleines Lunes – où les changements de luminosité et de position des étoiles seront surveillés des dizaines de fois, afin d'enregistrer des phénomènes de courte durée et des processus dynamiques.

La troisième composante, la plus profonde, couvrira une série de petits champs d'une superficie totale d'environ 4 degrés carrés. Dans ces zones, Roman utilisera un ensemble complet de filtres et d'outils spectroscopiques pour obtenir des informations détaillées sur la composition chimique, la température, la vitesse et la distance des objets. Ensemble, ces trois niveaux de relevé fourniront un aperçu multicouche de la structure de la Voie lactée : de la géométrie globale du disque galactique à la physique locale des berceaux stellaires individuels et des objets compacts.

Les estimations de l'équipe scientifique indiquent que Roman pourrait cartographier jusqu'à 20 milliards d'étoiles, la haute résolution spatiale et les observations répétées permettant une mesure précise des infimes déplacements d'étoiles dans le ciel. Une telle astrométrie est cruciale pour comprendre comment les étoiles orbitent autour du centre de la galaxie, où se trouvent les bras spiraux, comment la matière noire et la masse visible sont réparties et de quelle manière la Voie lactée a évolué au cours de l'histoire cosmique.

Nouveau télescope comme successeur de Hubble et complément à Gaia

Le Roman Space Telescope poursuit la tradition des observatoires spatiaux comme Hubble et James Webb, mais avec un accent sur les observations infrarouges à grand angle. Le télescope sera placé sur une orbite de halo autour du point L2 du système Soleil-Terre, où un environnement thermique stable et une vue constante vers l'espace permettent des mesures précises à long terme. Selon le plan de la NASA, la mission devrait être lancée au plus tard en mai 2027, l'équipe étant actuellement sur une trajectoire qui permettrait également un démarrage plus précoce, dès l'automne 2026, par une fusée Falcon Heavy depuis le pas de tir LC-39A au Centre spatial Kennedy en Floride.

Le télescope lui-même a récemment franchi une étape importante : l'intégration des deux segments principaux de l'observatoire est terminée, ce qui achève officiellement la construction. Dans la plus grande salle blanche du centre Goddard de la NASA, le module avec l'optique et les instruments ainsi que le module de service avec les systèmes d'alimentation, de propulsion et de communication ont été assemblés. La phase suivante comprend une série de tests rigoureux dans des chambres à vide, sur des tables vibrantes et dans des environnements thermiques afin de vérifier comment Roman supporte les conditions de lancement et de fonctionnement dans l'espace.

Roman transporte en lui deux instruments scientifiques principaux. L'instrument grand angle Wide Field Instrument est en fait une caméra d'une résolution d'environ 300 mégapixels, sensible dans le visible et le proche infrarouge. Sa largeur de champ de vision sera environ cent fois plus grande que celle que Hubble atteint en mode de prise de vue standard, la netteté des pixels individuels restant comparable. Cela signifie qu'une seule image de Roman contiendra des détails que nous devrions autrement collecter à partir de cent cadres Hubble séparés.

Le deuxième instrument clé est un coronographe qui testera des technologies de suppression extrême de la lumière des étoiles. L'idée est d'« ombrager » littéralement l'éclat de l'étoile mère avec des éléments optiques complexes et des miroirs adaptatifs, ouvrant la vue sur des objets beaucoup plus faibles à proximité immédiate – comme de grandes exoplanètes ou des disques de poussière dans lesquels naissent des planètes. Bien que le coronographe soit une démonstration technologique, le succès d'un tel instrument poserait les bases de futures missions dédiées à l'imagerie directe de mondes semblables à la Terre.

Roman complétera ainsi le travail du satellite européen Gaia, qui a collecté au fil des ans des données sur environ deux milliards d'étoiles observées en lumière visible. Bien que Gaia ait révolutionné notre compréhension de la dynamique et de la structure de la Voie lactée, la poussière dense dans de nombreuses zones du plan galactique limite sa portée. Grâce aux filtres infrarouges, Roman « verra à travers » ces zones obscurcies, plus profondément dans le noyau de la galaxie et sur la face lointaine « cachée » du disque, et fournira ainsi avec Gaia une carte tridimensionnelle bien plus complète.

Berceaux cosmiques : où naissent les nouvelles étoiles

L'un des aspects les plus passionnants du Galactic Plane Survey sera le regard dans les immenses nuages moléculaires où naissent les étoiles. Dans de telles régions, comme la célèbre Carène ou la Lagune, des amas denses de gaz froid et de poussière s'effondrent sous leur propre gravité en créant des protoétoiles. L'environnement est alors très dynamique : les jeunes étoiles éjectent de puissants jets de matière, des éclats soudains de luminosité surgissent, les champs magnétiques tordent les flux de gaz et les ondes de choc des générations précédentes d'étoiles massives traversent les nuages.

La « vision » infrarouge du télescope Roman sera cruciale pour l'observation de ces processus, car la plupart de la lumière émise par les plus jeunes étoiles ne quitte jamais le nuage dans le domaine visible – elle est absorbée et diffusée sur les grains de poussière. Roman verra à travers cette poussière des millions d'objets à différents stades de développement précoce : des « embryons » stellaires encore profondément nichés, en passant par les jeunes étoiles turbulentes qui clignotent irrégulièrement, jusqu'aux étoiles plus stables autour desquelles on peut déjà reconnaître des disques protoplanétaires.

Les scientifiques pourront ainsi suivre comment le taux de formation des étoiles change avec différentes conditions – par exemple avec la densité du gaz, l'intensité locale du rayonnement ou la présence de générations précédentes d'étoiles massives. Comme le Galactic Plane Survey englobera des régions très différentes du disque galactique, des périphéries plus calmes au centre animé, il sera possible de comparer les résultats presque comme si l'on étudiait une série d'expériences de laboratoire dans des conditions différentes.

En arrière-plan de tous ces processus se joue une sorte de « tir à la corde à quatre » entre la gravité, le rayonnement, les champs magnétiques et la turbulence. La gravité cherche à compacter le gaz dans les noyaux stellaires, tandis que le rayonnement des étoiles jeunes et massives, avec les vents stellaires et les explosions de supernovas, déchire les nuages et disperse la matière. Les champs magnétiques et le mouvement turbulent du gaz ralentissent ou accélèrent davantage l'effondrement à certains endroits. L'analyse de centaines de milliers de berceaux stellaires que Roman imagera permettra aux astronomes de séparer enfin quantitativement le rôle de chacun de ces facteurs.

Les amas d'étoiles comme laboratoires naturels

Les données sur les amas d'étoiles – des « familles » d'étoiles nées du même nuage et au même moment – seront particulièrement précieuses. Les amas ouverts, dont Roman devrait étudier près de deux mille, sont généralement jeunes et relativement lâchement liés par la gravité. Ils se trouvent souvent le long des bras spiraux de la galaxie et sont considérés comme l'une des traces clés révélant où de nouvelles étoiles se sont formées récemment. Si l'on mesure sur eux des distances, des vitesses et des compositions chimiques précises des membres, il est possible de reconstruire l'histoire de la formation de la structure spirale.

D'autre part, les amas globulaires appartiennent à la plus ancienne « population » de la Voie lactée. Ils se trouvent généralement dans le halo autour du disque galactique ou à proximité du centre, et contiennent des centaines de milliers d'étoiles très anciennes et densément tassées. Le Galactic Plane Survey se concentrera sur plusieurs dizaines de tels objets, en particulier dans la région proche du noyau galactique où les observations étaient jusqu'à présent difficiles en raison de la poussière et de la surpopulation d'étoiles. En comparant les propriétés de ces amas, les scientifiques pourront déterminer de quelles manières la Voie lactée a « avalé » de plus petites galaxies et redistribué les étoiles au cours de son passé.

L'avantage des amas d'étoiles au sens scientifique est que leurs étoiles partagent approximativement le même âge, la même composition chimique initiale et la même distance. Cela signifie que les différences de luminosité ou de couleur des étoiles individuelles dans l'amas reflètent principalement leur stade de développement, et non les conditions extérieures. Lorsque l'on compare ensuite les amas les uns aux autres, il est possible de séparer très précisément les effets de la « nature » – les conditions initiales dans le nuage dont ils sont issus – de l'influence de l'« éducation », c'est-à-dire l'environnement dans la galaxie à travers lequel ils se déplacent.

Pouls de la galaxie : résidus compacts et microlentilles

Les étoiles semblables au Soleil terminent leur vie en naines blanches, tandis que les étoiles plus massives s'effondrent en étoiles à neutrons ou en trous noirs. La plupart de ces résidus sont presque invisibles à de grandes distances, surtout s'ils n'ont pas de compagnon proche auquel ils « volent » de la matière. Roman pourra cependant découvrir même de tels objets compacts solitaires en utilisant le phénomène de microlentille gravitationnelle.

Selon la théorie de la relativité générale, tout objet avec une masse courbe l'espace-temps dans son voisinage. Lorsque la lumière d'une étoile lointaine passe à côté d'un tel creux gravitationnel, sa trajectoire se courbe légèrement, de sorte que l'étoile dans le ciel nous apparaît brièvement « amplifiée ». Si le rôle de lentille est joué par une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir qui ne brille presque pas par lui-même, le changement de luminosité de l'étoile d'arrière-plan nous révélera la masse autrement invisible au premier plan.

Une campagne spéciale du télescope Roman, le Galactic Bulge Time-Domain Survey, se concentrera sur la surveillance à long terme de la partie centrale plus dense de la galaxie afin d'enregistrer un grand nombre d'événements de microlentille. Le Galactic Plane Survey adoptera une approche différente : il observera une zone plus large de l'ensemble du plan galactique, avec des séries d'observations plus courtes mais stratégiquement réparties. Cette combinaison permettra d'obtenir enfin une image complète de la répartition des objets compacts – des naines blanches et étoiles à neutrons aux trous noirs solitaires – à travers toute la Voie lactée.

Les systèmes binaires compacts sont particulièrement intéressants, dans lesquels deux objets très denses – par exemple deux étoiles à neutrons ou une paire étoile à neutrons-trou noir – tournent l'un autour de l'autre à de petites distances. Les interactions dans de tels systèmes conduisent à un transfert de masse, à de puissantes explosions et à une perte progressive d'énergie orbitale par l'émission d'ondes gravitationnelles. Lorsqu'ils finissent par fusionner, une énorme quantité d'énergie est libérée, ce que des détecteurs comme LIGO et Virgo enregistrent. Les données de Roman sur la répartition et les propriétés de ces systèmes binaires aideront les astronomes à mieux comprendre les « trajectoires » qui mènent aux fusions spectaculaires d'étoiles à neutrons et de trous noirs.

Étoiles clignotantes et règles de mesure cosmiques

Outre les éclats de microlentille de courte durée, Roman enregistrera également de nombreux autres types d'étoiles variables qui se renforcent ou s'affaiblissent périodiquement. Certaines d'entre elles entrent soudainement en éruption en éjectant de la matière dans l'espace environnant, tandis que chez d'autres, la luminosité change de manière rythmique car leurs enveloppes stellaires se dilatent et se contractent périodiquement. Dans les missions précédentes, bon nombre de ces phénomènes ont été observés depuis des observatoires terrestres, mais les régions poussiéreuses denses du plan galactique restaient souvent hors de portée ou les étoiles étaient si serrées qu'il n'était pas possible de les distinguer.

L'avantage de Roman sera la combinaison d'une image nette et du spectre infrarouge. Le télescope pourra séparer clairement les étoiles individuelles même dans les parties les plus denses de la Voie lactée, et le rayonnement infrarouge lui permettra de percer les voiles de poussière. De cette façon, les astronomes pourront pour la première fois cartographier systématiquement les étoiles variables dans des régions qui étaient jusqu'à présent presque totalement inexplorées.

Un groupe particulièrement important sont les étoiles pulsantes dont la période d'oscillation est directement liée à leur luminosité réelle et intrinsèque. Lorsqu'on mesure à quelle vitesse elles pulsent et que l'on compare leur luminosité absolue connue avec celle que nous voyons depuis la Terre, il est possible de calculer précisément la distance. De telles étoiles servent de « règles de mesure cosmiques » et sont cruciales pour l'étalonnage de l'échelle des distances en astronomie.

Roman trouvera ces « phares spatiaux » beaucoup plus loin que ce qui était possible jusqu'à présent, en particulier dans les parties plus profondes et poussiéreuses du noyau galactique et sur la face lointaine du disque. Cela permettra de mesurer avec une grande précision la forme et la taille de la Voie lactée, ainsi que l'épaisseur de son disque, la courbure des bras spiraux et la structure de la barre centrale – un groupe allongé d'étoiles passant par le noyau de la galaxie.

Des données qui façonneront l'astronomie pendant des décennies

Le relevé prévu du plan galactique n'est qu'une partie du programme scientifique du télescope Nancy Grace Roman, mais c'est aussi celui qui influencera le plus directement notre compréhension quotidienne de la Voie lactée. L'énorme quantité de données – des positions, vitesses et luminosités de milliards d'étoiles, aux images détaillées de centaines de milliers de berceaux stellaires, jusqu'aux catalogues d'événements de microlentille et de systèmes binaires exotiques – servira de fondement à d'innombrables analyses ultérieures.

Ces données seront combinées avec des cartes que d'autres télescopes fournissent déjà ou fourniront encore, de l'astrométrie précise de Gaia aux relevés infrarouges et optiques depuis la Terre. Avec les résultats du domaine de la détection des ondes gravitationnelles et des futures missions spatiales, les relevés de Roman aideront à construire l'image la plus complète de la dynamique et de l'évolution de la Voie lactée que nous ayons jamais eue.

Pour les astronomes du monde entier, mais aussi pour les amateurs d'astronomie, l'annonce du plan détaillé du Galactic Plane Survey signifie qu'une nouvelle « grande vue » sur notre galaxie est très proche. À mesure que la mission approchera du lancement, puis des premiers résultats scientifiques, c'est précisément ce relevé qui deviendra l'une des sources de données clés pour toute étude sérieuse de la Voie lactée – de la formation des étoiles et des planètes aux destins des objets les plus puissants et les plus exotiques de notre voisinage cosmique.

Plus d'informations sur la mission peuvent être trouvées sur la page officielle de la NASA du télescope Nancy Grace Roman, qui apporte régulièrement des nouvelles sur l'avancement des préparatifs, les tests techniques et les programmes scientifiques prévus.