Le télescope spatial Nancy-Grace-Roman : à la découverte des mystères de la matière noire, de l'énergie noire et des exoplanètes
- Lancement :
- Durée de la mission : Cinq ans (possibilité de cinq ans de plus)
- Statut : En cours
L'énergie noire et la matière noire constituent environ 95 % de l'énergie et de la matière de l'Univers, dont elles influencent sensiblement le comportement et l'évolution. Certains astronomes étudient leur nature et leur structure afin de comprendre l'histoire de l'Univers. D'autres recherchent des exoplanètes (planètes en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil) semblables à la Terre et potentiellement habitables.
Le télescope spatial Nancy-Grace-Roman (Roman) de la NASA permettra d'apporter des réponses à des questions fondamentales sur l'énergie noire, la matière noire et les exoplanètes. Il est en orbite autour du Soleil à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, au point de Lagrange L2, comme le télescope spatial Webb.
Des mystères du cosmos à percer
Les progrès récents dans le domaine des télescopes spatiaux ont révolutionné l'astronomie. Pourtant, le cosmos recèle encore de nombreux mystères. Les trois grands objectifs scientifiques de la mission du télescope spatial Roman sont les suivants.
- Explorer l'énergie noire et l'évolution de l'Univers.
- Découvrir une centaine de milliers d'exoplanètes.
- Comprendre la composition de la matière noire et sa répartition dans les galaxies.
Matière noire et énergie noire
La matière noire est une forme invisible de matière considérée comme étant à l'origine de la formation et de l'évolution des étoiles et des galaxies. L'énergie noire, quant à elle, est la force dominante responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers. Ni l'une ni l'autre n'interagissent avec la lumière. Elles ne peuvent être détectées que par leurs effets gravitationnels sur la matière visible. Les caractéristiques de la matière noire et de l'énergie noire comptent toujours parmi les plus grands mystères de l'astronomie moderne.
Doté d'une résolution comparable à celle du télescope Hubble et d'un champ de vision 100 fois plus large, Roman captera des images dans le spectre visible jusqu'au proche infrarouge pour cartographier la matière. Il fournira la carte 3D la plus complète de la répartition des galaxies et des amas de galaxies dans l'Univers.
Roman permettra d'étudier l'évolution de la matière dans l'Univers en mesurant la façon dont la gravité exercée par la matière noire – invisible – fait dévier la trajectoire de la lumière lorsqu'elle traverse l'espace. Les objets dotés d'une masse peuvent courber l'espace-temps, ce qui modifie légèrement la trajectoire de la lumière. C'est ce qu'on appelle l'effet de lentille gravitationnelle. Roman exploitera cet effet pour localiser la matière noire, y compris les petits amas de matière noire difficiles à détecter.
La gravité de la matière noire ralentit l'expansion de l'Univers, tandis que l'énergie noire l'accélère. Roman aidera les astronomes à établir une carte en 3D de la matière noire, ce qui leur permettra d'en savoir plus aussi sur l'énergie noire. En étudiant comment ces deux forces ont modelé l'Univers, les astronomes pourraient mieux comprendre comment et pourquoi l'énergie noire accélère l'expansion de l'Univers.
Roman déterminera l'emplacement et la quantité de la matière ordinaire et de la matière noire dans des centaines de millions de galaxies. Grâce à plusieurs techniques complémentaires, il recueillera aussi des données sans précédent sur l'énergie noire. Les astronomes pourront compter sur Roman dans leurs recherches sur la véritable nature de la matière noire et de l'énergie noire ainsi que sur leurs impacts sur l'Univers.
Exoplanètes
Roman explorera des systèmes planétaires partout dans notre galaxie et testera des technologies d'imagerie directe jusqu'à 1000 fois plus sensibles que celles des autres observatoires. Il observera les exoplanètes et les disques protoplanétaires de manière indirecte et directe.
Le puissant télescope permettra aussi aux scientifiques d'étudier leur atmosphère, leur réflectivité, leur température et leur climat afin de mieux comprendre la nature des divers systèmes planétaires dans la galaxie ainsi que la formation et l'évolution des planètes.
Grâce à la largeur et à la profondeur du champ de vision de Roman, il sera possible d'étudier les exoplanètes de trois manières complémentaires : microlentille gravitationnelle, méthode de détection par transit et imagerie directe.
- Microlentille gravitationnelle : La lumière se propage normalement en ligne droite. Mais quand elle passe près d'un objet massif, comme une étoile, la gravité de l'objet courbe l'espace-temps, ce qui fait dévier la lumière. Ce phénomène a l'effet d'une lentille, rendant l'objet momentanément plus lumineux. Les planètes en orbite autour d'une étoile peuvent créer d'autres distorsions plus faibles de la lumière. En les analysant, les astronomes peuvent déterminer la masse d'une planète et sa distance par rapport à son étoile. Roman observera la lumière émise par des centaines de millions d'étoiles.
- Méthode de détection par transit : Cette méthode a permis aux astronomes de découvrir la plupart des exoplanètes connues. La planète est détectée quand elle passe devant son étoile en suivant son orbite, ce qui bloque une partie de la lumière de l'étoile.
- Imagerie directe : Les exoplanètes étant très peu lumineuses par rapport à leur étoile, elles ont surtout été découvertes indirectement, grâce à l'observation de leurs effets sur leur étoile. Un puissant instrument de Roman permettra de masquer uniquement la lumière de l'étoile et de capter des images détaillées des planètes et des disques de poussière en orbite. Il sera ainsi possible de détecter des planètes plus petites, plus anciennes et plus froides que celles observées avec les méthodes d'imagerie directe actuelles, ce qui ouvrira la voie à la prise d'images de mondes semblables à la Terre.
En combinant ces techniques et des observations à grand champ de vision, Roman devrait permettre de découvrir une centaine de milliers d'exoplanètes et d'approfondir grandement nos connaissances sur les systèmes planétaires de notre galaxie.
Rôle du Canada
Technologies canadiennes embarquées sur le télescope
Le télescope spatial Nancy Grace Roman est équipé de deux imageurs ultrasensibles mis au point par deux entreprises canadiennes : Nüvü Caméras et ABB. Capables de capter de la lumière extrêmement ténue, ces imageurs faciliteront la recherche de mondes lointains et de minuscules débris spatiaux, tout en soutenant la réalisation des objectifs scientifiques ambitieux de la mission Roman.
Dans le cadre de son Programme de développement des technologies spatiales, l'Agence spatiale canadienne a contribué au financement de la technologie d'imagerie ultrasensible de Nüvü Caméras, à commencer par un contrat conclu en 2010 visant à évaluer ses imageurs en vue d'une utilisation dans l'espace. S'est alors établie une collaboration durable entre l'Agence et Nüvü Caméras qui a permis de faire progresser les technologies d'imagerie canadiennes destinées aux missions spatiales.
ABB a fourni des composants électroniques de pointe destinés aux imageurs du télescope Roman, forte de son expertise acquise grâce à sa participation à de grandes missions spatiales internationales. Ensemble, Nüvü Caméras et ABB ont contribué au développement de certains des imageurs les plus sensibles jamais construits dans le domaine des sciences spatiales.
Projets de recherche canadiens dans le cadre de la mission Roman
L'Agence spatiale canadienne finance la participation de deux scientifiques à la mission Roman dans le cadre de son programme Recherche et opportunités en sciences spatiales.
- La Pre Kelsey Hoffman de l'Université Bishop's entend démontrer la capacité du télescope à détecter des exoplanètes en transit. Le projet permettra d'optimiser les outils et les méthodes afin d'aider Roman à découvrir et à étudier ces planètes.
- Le Pr Will Percival de l'Université de Waterloo utilisera les données des observatoires Roman et Euclid pour étudier la matière noire, l'énergie noire et l'évolution de l'Univers.
Will Percival, professeur et titulaire émérite de la chaire de recherche en astrophysique de l'Université de Waterloo. (Source : Université de Waterloo.)
Kesley Hoffman, professeure associée, Département de physique et d'astronomie, Université Bishop's. (Source : Université Bishop's).
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