Roman : le télescope qui va filmer l'univers en accéléré

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Pourquoi tout le monde s'intéresse à une caméra, pas à un télescope de plus

Résumons d'abord l'essentiel. Roman n'est pas un télescope de plus : c'est une caméra panoramique à infrarouge, une lumière invisible pour nos yeux mais que les objets froids émettent, équipée d'un miroir de 2,4 m, la même taille que Hubble. La différence tient au champ de vision, la portion de ciel capturée en une seule photo. Là où Hubble admire un détail, Roman photographie une région entière du ciel : environ 100 fois plus large, avec la même netteté. À la clé, une vitesse de relevé, de cartographie du ciel, annoncée jusqu'à 1 000 fois supérieure.

Autre manière de le dire : là où Hubble mettrait des décennies, Roman réalisera son atlas en cinq ans. Sa caméra grand champ, le WFI, le Wide Field Instrument, embarque 18 détecteurs 4K, chacun de la taille d'un cracker selon NASA, pour un total de 300 millions de pixels. Elle produira jusqu'à 1,4 téraoctet de données par jour, soit l'équivalent de plus de 200 DVD, un record pour une mission d'astrophysique de l'agence.

Le miroir qui vient d'un satellite espion

Détail savoureux du dossier : le miroir primaire de 2,4 m, la pièce maîtresse qui collecte la lumière, n'a jamais été commandé par la NASA. Dans les années 2000 et 2010, deux télescopes de reconnaissance militaire, des « satellites espions » à l'optique surdimensionnée chargés d'observer le sol depuis l'orbite, ont été cédés à l'agence par le NRO, la National Reconnaissance Office, l'agence américaine de renseignement spatial. L'un d'eux est devenu le cœur optique de Roman.

La mission elle-même a failli ne jamais décoller. Entre 2019 et 2021, trois budgets présidentiels successifs ont proposé son annulation, mais le Congrès américain l'a maintenue à chaque fois. C'est d'ailleurs au cœur de cette traversée du désert budgétaire qu'elle reçoit son nom actuel.

Qui était Nancy Grace Roman, la « mère de Hubble » ?

L'observatoire s'appelait d'abord WFIRST, son nom de code d'origine, avant de devenir Roman en 2020. Le 20 mai de cette année-là, la NASA rebaptise l'observatoire en hommage à Nancy Grace Roman, première astronome en chef de l'agence, décédée en 2018 sans avoir vu le télescope décoller. Arrivée à la NASA en 1959, six mois seulement après la création de l'agence, c'est elle qui met sur pied le comité chargé d'imaginer un grand télescope spatial, puis convainc la direction et le Congrès d'en faire une priorité. D'où le surnom de « mère de Hubble », donné par ses pairs.

Son parcours a tout d'un film. Née à Nashville en 1925, elle veut être astronome dès le collège, malgré les avertissements : le directeur du département de physique de Swarthmore tente de la dissuader, en lui concédant seulement qu'elle « s'en tirera peut-être ». Doctorat en astronomie à Chicago en 1949, recherches sur la composition des étoiles, puis un pari lucide : sentant qu'une femme n'obtiendra presque jamais la titularité à l'université, elle rejoint le Naval Research Laboratory, puis la NASA. Là, elle renonce à sa propre recherche pour bâtir de zéro le programme d'astrophysique de l'agence. Sous son impulsion naissent les Orbiting Astronomical Observatories, l'explorateur ultraviolet international et le satellite COBE, ce qui vaudra le prix Nobel de physique 2006 à deux de ses responsables.

Le choix du nom tient en une phrase de Jim Bridenstine, administrateur de la NASA à l'époque : sans le leadership et la vision de Roman, l'agence n'aurait jamais lancé le télescope spatial « le plus puissant et le plus productif du monde ». Donner son nom au successeur de Hubble et Webb, c'est rendre à une pionnière la reconnaissance que son époque lui a souvent refusée. Dates et citations : communiqué NASA du 20 mai 2020.

Objectif n° 1 : comprendre pourquoi l'univers s'accélère

En 1998, deux équipes d'astronomes mesurent l'expansion de l'univers, ce gonflement qui éloigne les galaxies les unes des autres, via des supernovae, des étoiles qui explosent en fin de vie, et tombent sur une anomalie : l'expansion accélère. On attribue ce moteur mystérieux à « l'énergie noire », qui représente environ 70 % du contenu de l'univers, sans savoir ce qu'elle est. C'est le premier chantier de Roman.

Le télescope va observer environ 100 000 supernovae de type Ia, des étoiles qui explosent en fin de vie avec un éclat maximal presque toujours identique, ce qui en fait des balises de distance fiables : connaître la puissance réelle d'une lampe et sa luminosité apparente révèle à quelle distance elle se trouve. En mesurant leur éclat et leur décalage vers le rouge, un étirement de la lumière vers les longueurs d'onde rouges causé par l'expansion de l'univers, jusqu'à près de 10 milliards d'années-lumière, les chercheurs retraceront l'histoire de l'expansion, et testeront si l'énergie noire est bien une « constante » ou si elle évolue avec le temps.

L'autre versant du volet cosmologie : la cartographie de la matière noire. Pour la déceler, on utilise son effet sur la lumière : sa gravité courbe les trajectoires des rayons comme une loupe et étire légèrement les images des galaxies lointaines, un phénomène nommé lentille gravitationnelle. En observant plus d'un milliard de galaxies, Roman mesurera ces déformations. Résultat : une carte à haute résolution de la répartition de la matière noire, qui représente 5 à 6 fois la masse de la matière ordinaire, mais qui reste invisible car elle n'émet ni ne réfléchit aucune lumière.

Objectif n° 2 : la moisson d'exoplanètes par microlentille

Autre chantier, plus discret mais tout aussi spectaculaire : le recensement des planètes « froides », celles qui orbitent loin de leur étoile, une population que les méthodes classiques peinent à atteindre, comme le transit, la mini-éclipse qu'une planète provoque en passant devant son étoile (la méthode de Kepler), ou la vitesse radiale, le léger tremblement que les planètes imposent à leur étoile. Au total, Roman devrait révéler environ 100 000 exoplanètes, ces planètes qui tournent autour d'autres étoiles, dont une part notable de planètes « flottantes », errant sans étoile.

La technique utilisée s'appelle la microlentille gravitationnelle. Le principe repose entièrement sur un alignement. Quand une étoile passe presque exactement devant une étoile lointaine, sa gravité agit comme une loupe naturelle et amplifie l'image de l'étoile d'arrière-plan. Si la loupe a une planète, la courbe de lumière, la trace de brillance mesurée nuit après nuit, accuse un pic supplémentaire : la signature de la planète.

Pendant 440 jours répartis sur la mission, Roman fixera le centre de notre galaxie, son renflement central où les étoiles sont les plus denses, toutes les 12 minutes environ. Un champ de vision aussi large permet de surveiller des dizaines de millions d'étoiles simultanément : c'est ce qui rend statistique la chasse aux planètes lointaines.

Objectif n° 3 : le coronographe, étape vers la détection de la vie

Troisième instrument embarqué : un coronographe, un masque interne qui bloque la lumière d'une étoile pour révéler ce qui l'entoure, comme la main qu'on dresse devant un lampadaire pour apercevoir les lucioles autour. Objectif : photographier des planètes géantes type Jupiter un milliard de fois moins brillantes que leur étoile. Une prouesse d'optique active, des miroirs pilotés par ordinateur : chaque déformation du miroir est corrigée en temps réel.

Pourquoi est-ce important ? Parce que la prochaine génération de télescopes, avec en tête le projet Habitable Worlds Observatory, visera directement les exoTerres : des planètes telluriques, de nature rocheuse comme la Terre, situées dans la zone habitable, la bande autour d'une étoile où l'eau liquide peut exister. Roman fait la démonstration de cette technologie dans les conditions réelles de l'espace. Si ça marche, la recherche de traces de vie sur des planètes lointaines aura son plan de vol.

Trois façons de suivre Roman dès maintenant

Roman partagera beaucoup de ses données publiques avec la communauté, y compris les amateurs. Pas besoin d'attendre 2027 pour la suivre :

1. La fiche mission de notre catalogue : nous suivons Roman dans notre catalogue d'engins. Position, état, chiffres clés et sources officielles y sont centralisés.
2. Les premières images : attendues début 2027, quand la NASA les publiera. Comme pour Webb, attendez-vous à un premier lot spectaculaire.
3. La science participative : avec 1,4 To de données par jour, l'équivalent de plus de 200 DVD, la NASA compte sur des outils d'apprentissage automatique, des logiciels qui apprennent à reconnaître des motifs à partir d'exemples, et des citoyens bénévoles pour trier les découvertes. Vous pourrez y participer.

En attendant les premières images, plongeons dans la mécanique céleste : le point de Lagrange L2, où Roman va stationner, est un point d'équilibre gravitationnel à 1,5 million de km, un endroit où l'attraction du Soleil et celle de la Terre se compensent presque, exactement là où le télescope James-Webb opère depuis 2022. Un voile pare-soleil protège les instruments. L'infrarouge, la lumière invisible émise par les objets froids, impose l'obscurité totale, car tout objet tiède émet un léger rayonnement qui brouillerait les images.

Pour aller plus loin

• La fiche mission complète : Nancy Grace Roman, avec chiffres clés, historique et actualité.
• Les définitions utiles pour suivre la mission : exoplanète, coronographe, supernova et télescope spatial.
• Les pages officielles de la mission (sources de cet article) : NASA Science et le communiqué de lancement.
• La couverture scientifique des relevés : STScI, section Roman (chiffres et design des relevés officiels).
• La vidéo du lancement : NASA, couverture du lancement de Roman.