Pourquoi la mission romaine de la NASA étudiera les lumières vacillantes de la Voie lactée

Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA offrira l’une des vues les plus profondes jamais vues au cœur de notre galaxie, la Voie lactée. La mission surveillera des centaines de millions d’étoiles à la recherche de scintillements révélateurs trahissant la présence de planètes, d’étoiles lointaines, de petits objets glacés qui hantent la périphérie de notre système solaire, de trous noirs isolés, et bien plus encore. Roman établira probablement un nouveau record pour l’exoplanète la plus éloignée connue, offrant un aperçu d’un quartier galactique différent qui pourrait abriter des mondes assez différents des plus de 5 500 actuellement connus.

La surveillance à long terme du ciel réalisée par Roman, qui permettra d’obtenir ces résultats, représente une aubaine pour ce que les scientifiques appellent l’astronomie temporelle, qui étudie la façon dont l’univers évolue au fil du temps. Roman rejoindra une flotte internationale croissante d’observatoires travaillant ensemble pour capturer ces changements à mesure qu’ils se déroulent. L’enquête Galactic Bulge Time-Domain Survey de Roman se concentrera sur la Voie Lactée, en utilisant la vision infrarouge du télescope pour voir à travers les nuages ​​de poussière qui peuvent bloquer notre vue sur la région centrale surpeuplée de notre galaxie.

“Roman sera une incroyable machine de découverte, associant une vaste vue de l’espace à une vision aiguë”, a déclaré Julie McEnery, scientifique principale du projet Roman au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Ses études dans le domaine temporel produiront un trésor de nouvelles informations sur le cosmos.”

Lors du lancement de Roman, prévu d’ici mai 2027, la mission explorera le centre de la Voie lactée à la recherche d’événements de microlentille, qui se produisent lorsqu’un objet tel qu’une étoile ou une planète s’aligne presque parfaitement avec une étoile d’arrière-plan sans rapport de notre point de vue. Parce que tout ce qui a une masse déforme le tissu de l’espace-temps, la lumière de l’étoile lointaine se courbe autour de l’objet le plus proche lorsqu’il passe à proximité. L’objet le plus proche agit donc comme une loupe naturelle, créant un pic temporaire de luminosité de la lumière de l’étoile en arrière-plan. Ce signal permet aux astronomes de savoir qu’il y a un objet intermédiaire, même s’ils ne peuvent pas le voir directement.

Dans les plans actuels, l’enquête consistera à prendre une image toutes les 15 minutes, 24 heures sur 24, pendant environ deux mois. Les astronomes répéteront le processus six fois au cours de la mission principale de cinq ans de Roman, pour un total combiné de plus d’un an d’observations.

“Ce sera l’une des poses du ciel les plus longues jamais prises”, a déclaré Scott Gaudi, professeur d’astronomie à l’Université d’État de l’Ohio à Columbus, dont les recherches contribuent à éclairer la stratégie d’enquête de Roman. “Et cela couvrira un territoire largement inexploré en ce qui concerne les planètes.”

Les astronomes s’attendent à ce que l’enquête révèle plus d’un millier de planètes en orbite loin de leurs étoiles hôtes et dans des systèmes situés plus loin de la Terre que n’importe quelle mission précédente n’avait détecté. Cela inclut certains qui pourraient se trouver dans la zone habitable de leur étoile hôte – la gamme de distances orbitales où de l’eau liquide peut exister à la surface – et des mondes qui pèsent à peine quelques fois la masse de la lune.

Roman peut même détecter des mondes « voyous » qui ne tournent pas du tout autour d’une étoile à l’aide de microlentille. Ces naufragés cosmiques peuvent s’être formés de manière isolée ou avoir été expulsés de leur système planétaire d’origine. Leur étude offre des indices sur la façon dont les systèmes planétaires se forment et évoluent.

Les observations par microlentilles de Roman aideront également les astronomes à explorer la façon dont les planètes sont communes autour de différents types d’étoiles, y compris les systèmes binaires. La mission estimera le nombre de mondes avec deux étoiles hôtes trouvés dans notre galaxie en identifiant les planètes “Tatooine” réelles, en s’appuyant sur les travaux lancés par le télescope spatial Kepler de la NASA et le TESS (le satellite d’étude des exoplanètes en transit).

Certains des objets identifiés par l’enquête existent dans une zone grise cosmique. Connues sous le nom de naines brunes, elles sont trop massives pour être qualifiées de planètes, mais pas assez massives pour s’enflammer comme des étoiles. Leur étude permettra aux astronomes d’explorer la frontière entre la formation des planètes et des étoiles.

Roman devrait également repérer plus d’un millier d’étoiles à neutrons et des centaines de trous noirs de masse stellaire. Ces poids lourds se forment après qu’une étoile massive a épuisé son carburant et s’est effondrée. Les trous noirs sont presque impossibles à trouver lorsqu’ils n’ont pas de compagnon visible pour signaler leur présence, mais Roman sera capable de les détecter même s’ils ne sont pas accompagnés, car la microlentille repose uniquement sur la gravité d’un objet. La mission trouvera également des étoiles à neutrons isolées, les noyaux restants d’étoiles qui n’étaient pas assez massives pour devenir des trous noirs.

Les astronomes utiliseront Roman pour trouver des milliers d’objets de la ceinture de Kuiper, qui sont des corps glacés dispersés principalement au-delà de Neptune. Le télescope en repérera certaines d’une taille d’environ six miles de diamètre (environ 1 % du diamètre de Pluton), parfois en les voyant directement à partir de la lumière solaire réfléchie et d’autres en bloquant la lumière des étoiles de fond.

Un type similaire de jeu d’ombres révélera 100 000 planètes en transit entre la Terre et le centre de la galaxie. Ces mondes se croisent devant leur étoile hôte lorsqu’ils orbitent et atténuent temporairement la lumière que nous recevons de l’étoile. Cette méthode révélera des planètes en orbite beaucoup plus près de leurs étoiles hôtes que ne le révèle la microlentille, et probablement certaines se trouvant dans la zone habitable.

Les scientifiques mèneront également des études de sismologie stellaire sur un million d’étoiles géantes. Cela impliquera d’analyser les changements de luminosité provoqués par les ondes sonores résonnant à travers l’intérieur gazeux d’une étoile pour en savoir plus sur sa structure, son âge et d’autres propriétés.

Toutes ces découvertes scientifiques et bien d’autres proviendront de l’enquête Galactic Bulge Time-Domain Survey de Roman, qui représentera moins d’un quart du temps d’observation de la mission principale de cinq ans de Roman. Sa vision large de l’espace permettra aux astronomes de mener bon nombre de ces études d’une manière qui n’a jamais été possible auparavant, nous offrant ainsi une nouvelle vision d’un univers en constante évolution.