Stratégies pour le futur télescope romain afin d’explorer la nature de l’énergie noire

Le Nancy Grace Roman Space Telescope (ou Roman Telescope) de la NASA, actuellement en préparation, sera lancé dans l’espace en 2027 si tout se passe comme prévu. Ses objectifs incluent d’approfondir l’histoire de l’expansion de l’univers et de tester les explications possibles de son accélération.

Un groupe de recherche axé sur les supernovae, auquel participe le chercheur Lluís Galbany de l’Institut des sciences spatiales (ICE, dépendant du Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC)) et de l’Institut d’études spatiales de Catalogne (IEEC), a reçu la tâche de développer les outils nécessaires pour utiliser les milliers de supernovae que Roman découvrira comme sondes cosmologiques afin de révéler la véritable nature de l’énergie noire qui imprègne l’univers.

Le télescope romain possède un miroir primaire de 2,4 mètres de diamètre, de la même taille que celui du télescope spatial Hubble. Mais contrairement à Hubble, qui ne peut observer qu’une petite région du ciel, le champ de vision de Roman est 200 fois plus grand que celui de l’instrument infrarouge de Hubble, parvenant ainsi à capturer une plus grande région du ciel avec moins de temps d’observation. Son instrument principal, le WFI (Wide Field Instrument), est une caméra qui mesurera la lumière d’un milliard de galaxies au cours de la mission.

Avec cet outil, l’un des objectifs clés de la mission est de déterminer l’histoire de l’expansion de l’univers et de tester les explications possibles de son accélération apparente, telles que l’énergie noire et les changements dans la relativité générale. Pour atteindre cet objectif, la mission mènera une expérience innovante : le High Latitude Time Domain Survey (HLTDS). Cette enquête permettra la découverte et la mesure de supernovae de type Ia, l’une des sondes cosmologiques les plus robustes, alors que l’univers n’avait que 2 milliards d’années (il y a 11,5 milliards d’années), avec une précision et un volume statistique incomparables.

Explorer l’énergie noire

Atteindre la haute précision de mesure nécessaire pour utiliser pleinement les supernovae de type Ia comme sondes cosmologiques, et ainsi délimiter la véritable nature de l’énergie sombre, nécessite une compréhension détaillée de chaque partie de l’observatoire et de la façon dont la lumière provenant de ces supernovas si lointaines est enregistrée. C’est ici qu’interviennent Lluís Galbany, et ses collègues David Rubin de l’Université d’Hawaï, Dan Scolnic de l’Université Duke, Rebekah Hounsell du Goddard Space Flight Center de la NASA et Ben Rose de l’Université Baylor, aux États-Unis, ont tous cité des entités.

Le groupe créera un ensemble d’outils pour chaque étape du processus afin de récupérer les données brutes du télescope et de les transformer en informations. Des améliorations apportées aux logiciels qui calibrent les données au niveau de chaque pixel jusqu’aux processus automatisés (pipelines) pour mesurer la luminosité des objets et leur évolution au fil du temps. Ils disposeront ainsi des moyens nécessaires pour effectuer des mesures avec la plus grande précision possible.

Recréation artistique du télescope spatial romain Nancy Grace lors de sa future mission loin de la Terre. (Image : NASA GSFC/SVS)

Depuis l’ICE, le groupe de recherche sur les supernova sera chargé de développer la partie du pipeline chargée de réaliser l’analyse et la reconstruction linéaire de la galaxie hôte de la supernova et l’infrastructure pour évaluer le type de supernova et caractériser ses caractéristiques spectroscopiques à partir de à partir des spectres de prisme du télescope romain. « Toute l’équipe qui fait partie de la collaboration, et en particulier notre groupe supernova ICE, est très enthousiasmée par ce nouveau défi. Nous pourrons observer la supernovae de type Ia la plus lointaine jamais vue, qui a explosé seulement 2 milliards d’années après le Big Bang », explique Galbany.

Ces mesures ultra précises ne suffisent pas à elles seules. Pour découvrir ce qu’elles signifient, l’équipe doit modéliser la manière dont ces mesures varieraient dans différents scénarios cosmologiques. Elle produira donc également des catalogues de modèles de supernovae qui pourraient être observées dans d’autres conditions.

Les observations du télescope romain permettront d’identifier ces supernovae, mais comme pour de nombreuses missions spatiales, la science nécessite l’ajout d’autres types de données provenant de télescopes au sol. Le télescope Subaru sur Mauna Kea (Hawaï, États-Unis) et le Gran Telescopio Canarias (GTC) en Espagne seront utilisés pour fournir un suivi supplémentaire des supernovae trouvées par Roman et des spectres détaillés des cibles les plus intéressantes pour fournir des informations sur Son propriétés. (Source : ICE/CSIC)