Après son lancement au plus tard en mai 2027, le télescope spatial romain de la NASA examinera les mêmes zones du ciel tous les quelques jours. Les chercheurs exploiteront ces données pour identifier les kilonovae – des explosions qui se produisent lorsque deux étoiles à neutrons ou une étoile à neutrons et un trou noir entrent en collision et fusionnent. Lorsque ces collisions se produisent, une fraction des débris résultants est éjectée sous forme de jets, qui se déplacent à une vitesse proche de la lumière. Les débris restants produisent des nuages chauds, incandescents et riches en neutrons qui forgent des éléments lourds, comme l’or et le platine. Les nombreuses données de Roman aideront les astronomes à mieux identifier la fréquence à laquelle ces événements se produisent, la quantité d’énergie qu’ils dégagent et leur proximité ou leur distance. Crédit : NASA, Joseph Olmsted (STScI)
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” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA’s Roman Space Telescope is set to help researchers detect more kilonovae, helping us learn significantly more about these “all-star” smashups.
How do you pinpoint titanic collisions that occur millions or even billions of light-years away? First, by surveying large areas of the sky. Second, by teaming up with observatories around the world!
Scientists have been searching for kilonovae — brief, but fantastic light shows — that are set off when two neutron stars or a <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>neutron star and a <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>black hole collide. Such a collision can cause an enormous eruption that sends out bright cascades of light and ripples in space-time.
How many brilliant eruptions like this occur across the universe? We don’t yet know. Only a handful of kilonovae candidates have been detected so far. NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope is set to survey the same areas of the sky every few days, which will help researchers follow up on – or even pinpoint – kilonova detections. Ideally, this will set off a “gold rush” of new information on this enigmatic cosmic phenomenon.
The Roman Space Telescope is a NASA observatory designed to unravel the secrets of dark energy and dark matter, search for and image exoplanets, and explore many topics in infrared astrophysics. Credit: NASA
How NASA’s Roman Telescope Will Scan for Showstopping Explosions
What happens when the densest, most massive stars – that are also super small – collide with each other or with a black hole? They send out brilliant explosions known as kilonovae. Think of these events as the universe’s natural fireworks. Theorists suspect they periodically occur all across the cosmos – both near and far. Scientists will soon have an additional observatory to help follow up on and even scout these remarkable events: NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope, which is set to launch by May 2027.
In kilonovae, the key actors are neutron stars, the central cores of stars that collapsed under gravity during supernova explosions. They each have a mass similar to the Sun, but with a diameter of only about 6 miles (10 kilometers), they are incredibly dense. And when they collide, they send out debris moving near the speed of light. These explosions are also thought to forge heavy elements, like gold, platinum, and strontium (which gives actual fireworks their stunning reds). Kilonovae shoot those elements across space, potentially allowing them to end up in rocks forming the crust of terrestrial planets like Earth.
Comment le télescope spatial romain de la NASA détectera-t-il les kilonovae – de brefs éclairs de lumière émis par la fusion de deux étoiles à neutrons ou d’une étoile à neutrons et d’un trou noir ? En partie à cause du large champ de vision du télescope. La vue de Roman est 200 fois plus grande que la
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>TélescopespatialHubble[{“attribute=””>HubbleSpaceTelescopela vue infrarouge. Une fois que Roman commencera à observer le ciel à une cadence régulière après son lancement, prévu d’ici 2027, les chercheurs s’attendent à pouvoir identifier davantage de ces événements spectaculaires, à la fois proches et très lointains. Bien que nous ne connaissions pas encore le rythme de ces événements, lorsque les données de Roman afflueront, nous commencerons à savoir à quel point ces fusions sont fréquentes – et quels en sont les résultats. Crédit : NASA, Alyssa Pagan (STScI)
La communauté astronomique a capturé l’un de ces événements kilonova remarquables en 2017. Des scientifiques de la National Science Foundation Interféromètre laser Observatoire des ondes gravitationnelles (
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>LIGO[{“attribute=””>LIGO) a d’abord détecté la collision de deux étoiles à neutrons avec ondes gravitationnelles – ondulations dans l’espace-temps. Presque simultanément, le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA a détecté une lumière à haute énergie. La NASA a rapidement pivoté pour observer l’événement avec une flotte plus large de télescopes et a capturé la lueur décolorée des débris en expansion de l’explosion dans une série d’images.
Mais les joueurs de cet exemple se sont pratiquement heurtés dans notre « arrière-cour », du moins en termes astronomiques. Ils se trouvent à seulement 130 millions d’années-lumière. Il doit y avoir plus de kilonovae – et beaucoup qui sont plus éloignées – parsemant notre univers toujours actif.
“Nous ne connaissons pas encore le rythme de ces événements”, a déclaré Daniel M. Scolnic, professeur adjoint de physique à l’Université Duke de Durham, en Caroline du Nord. Scolnic a mené une étude qui estime le nombre de kilonovae qui pourraient être découvertes par les observatoires passés, présents et futurs, y compris romains. « La kilonova unique que nous avons identifiée est-elle typique ? Quelle est la luminosité de ces explosions ? Dans quels types de galaxies se produisent-elles ? » Les télescopes existants ne peuvent pas couvrir des zones suffisamment larges ou observer suffisamment profondément pour trouver des exemples plus éloignés, mais cela changera avec Roman.
Repérer de plus en plus loin les Kilonovae
A ce stade, LIGO est en tête du peloton dans l’identification des fusions d’étoiles à neutrons. Il peut détecter
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>ondesgravitationnelles[{“attribute=””>gravitationalwaves dans toutes les zones du ciel, mais certaines des collisions les plus éloignées peuvent être trop faibles pour être identifiées. Roman est prêt à rejoindre la recherche de LIGO, offrant des qualités complémentaires qui aident à «compléter» l’équipe. Roman est un télescope de sondage qui balayera à plusieurs reprises les mêmes zones du ciel. De plus, le champ de vision de Roman est 200 fois plus grand que la vue infrarouge du télescope spatial Hubble – pas aussi vaste que celui de LIGO, mais énorme pour un télescope qui prend des images. Sa cadence permettra aux chercheurs de repérer quand les objets dans le ciel s’éclaircissent ou s’assombrissent, qu’ils soient proches ou très éloignés.
Roman fournira aux chercheurs un outil puissant pour observer les kilonovae extrêmement éloignées. Cela est dû à l’expansion de l’espace. La lumière qui a laissé les étoiles il y a des milliards d’années est étiré dans des longueurs d’onde plus longues et plus rouges, connue sous le nom de lumière infrarouge, au fil du temps. Étant donné que Roman est spécialisé dans la capture de lumière proche infrarouge, il détectera la lumière d’objets très éloignés. À quelle distance ? “Roman pourra voir des kilonovae dont la lumière a parcouru environ 7 milliards d’années pour atteindre la Terre”, a expliqué Eve Chase, chercheuse postdoctorale au Laboratoire national de Los Alamos à Los Alamos, au Nouveau-Mexique. Chase a mené une étude plus récente qui a simulé comment les différences dans les éjectas de kilonovae peuvent faire varier ce que nous nous attendons à observer des observatoires, y compris Roman.
Il y a un deuxième avantage à la lumière proche infrarouge : elle fournit plus de temps pour observer ces sursauts éphémères. Les longueurs d’onde plus courtes de la lumière, comme l’ultraviolet et le visible, disparaissent de la vue en un jour ou deux. La lumière proche infrarouge peut être captée pendant une semaine ou plus. Les chercheurs ont simulé les données pour voir comment cela fonctionnera. “Pour un sous-ensemble de kilonovae simulées, Roman pourrait en observer plus de deux semaines après la fusion des étoiles à neutrons”, a ajouté Chase. “Ce sera un excellent outil pour observer les kilonovae qui sont très éloignées.”
Bientôt, les chercheurs en sauront beaucoup plus sur où kilonovae se produisent, et combien de fois ces explosions se produisent dans l’histoire de l’univers. Ceux qui se sont produits plus tôt étaient-ils différents d’une manière ou d’une autre? “Roman permettra à la communauté astronomique de commencer à mener des études de population ainsi qu’une multitude de nouvelles analyses sur la physique de ces explosions”, a déclaré Scolnic.
Un télescope de sondage offre d’énormes possibilités – et aussi une tonne de données qui nécessiteront des précisions apprentissage automatique. Les astronomes relèvent ce défi en écrivant du code pour automatiser ces recherches. En fin de compte, les ensembles de données massifs de Roman aideront les chercheurs à percer peut-être les plus grands mystères sur les kilonovae à ce jour : que se passe-t-il après la collision de deux étoiles à neutrons ? Produit-il une seule étoile à neutrons, un trou noir ou autre chose ? Avec Roman, nous rassemblerons les statistiques dont les chercheurs ont besoin pour faire des percées substantielles.
Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, gère la mission romaine, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, et fournira le Roman’s Mission Operations Center. Le Space Telescope Science Institute de Baltimore accueillera le centre des opérations scientifiques de Roman et dirigera le traitement des données de l’imagerie romaine. Caltech/IPAC à Pasadena, en Californie, abritera le centre de soutien scientifique de Roman et dirigera le traitement des données de la spectroscopie romaine.
