Le prochain télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA verra des milliers d’étoiles explosives appelées supernovae à travers de vastes étendues de temps et d’espace. En utilisant ces observations, les astronomes visent à éclairer plusieurs mystères cosmiques, offrant une fenêtre sur le passé lointain et le présent brumeux de l’univers.
Cette illustration montre une matière d’accrétion naine blanche d’une étoile compagnon. Une fois que la naine blanche atteint un point de basculement de masse spécifique, elle explose comme une supernova de type Ia. Crédit: Laboratoire d’images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA
L’étude de la supernova de Roman aidera à clarifier les mesures contradictoires de la vitesse à laquelle l’univers se développe actuellement, et fournira même une nouvelle façon de sonder la distribution de la matière noire, qui n’est détectable que par ses effets gravitationnels. L’un des principaux objectifs scientifiques de la mission consiste à utiliser des supernovae pour aider à cerner la nature de énergie noire – la pression cosmique inexpliquée qui accélère l’expansion de l’univers.
Le plus grand mystère de l’espace
«L’énergie sombre constitue la majorité du cosmos, mais nous ne savons pas vraiment ce que c’est», a déclaré Jason Rhodes, chercheur principal au Jet Propulsion Laboratory de la NASA dans le sud de la Californie. «En réduisant les explications possibles, Roman pourrait révolutionner notre compréhension de l’univers – et l’énergie noire n’est qu’un des nombreux sujets que la mission explorera!»
Roman utilisera plusieurs méthodes pour étudier l’énergie sombre. L’une consiste à rechercher dans le ciel un type spécial d’étoile explosive, appelée supernova de type Ia.
De nombreuses supernovae se produisent lorsque des étoiles massives sont à court de carburant, s’effondrent rapidement sous leur propre poids, puis explosent à cause de fortes ondes de choc qui se propulsent hors de leur intérieur. Ces supernovae se produisent environ une fois tous les 50 ans dans notre galaxie de la Voie lactée. Mais les preuves montrent que les supernovae de type Ia proviennent de certains systèmes d’étoiles binaires contenant au moins une naine blanche – le petit reste de noyau chaud d’une étoile semblable au Soleil. Les supernovae de type Ia sont beaucoup plus rares, se produisant environ une fois tous les 500 ans dans la Voie lactée.
Dans certains cas, le nain peut siphonner du matériel de son compagnon. Cela déclenche finalement une réaction incontrôlable qui fait exploser le voleur une fois qu’il atteint un point spécifique où il a gagné tellement de masse qu’il devient instable. Les astronomes ont également trouvé des preuves à l’appui d’un autre scénario, impliquant deux naines blanches qui tournent en spirale l’une vers l’autre jusqu’à ce qu’elles fusionnent. Si leur masse combinée est suffisamment élevée pour entraîner une instabilité, elles peuvent également produire une supernova de type Ia.
Un rendu d’artiste du télescope romain Nancy Grace. Crédit d’image: NASA
Ces explosions culminent à une luminosité intrinsèque similaire et connue, faisant des supernovae de type Ia ce que l’on appelle des bougies standard – des objets ou des événements qui émettent une quantité spécifique de lumière, permettant aux scientifiques de trouver leur distance avec une formule simple. Pour cette raison, les astronomes peuvent déterminer à quelle distance se trouvent les supernovae en mesurant simplement leur luminosité.
Les astronomes utiliseront également Roman pour étudier la lumière de ces supernovae afin de savoir à quelle vitesse elles semblent s’éloigner de nous. En comparant la vitesse à laquelle ils reculent à différentes distances, les scientifiques retraceront l’expansion cosmique au fil du temps. Cela nous aidera à comprendre si et comment l’énergie noire a changé tout au long de l’histoire de l’univers.
«À la fin des années 1990, des scientifiques ont découvert que l’expansion de l’univers s’accélérait en utilisant des dizaines de supernovae de type Ia», a déclaré Daniel Scolnic, professeur adjoint de physique à l’Université Duke de Durham, en Caroline du Nord, qui participe à la conception de l’enquête sur les supernovae de Roman. . « Roman les trouvera par milliers, et beaucoup plus loin que la majorité de ceux que nous avons vus jusqu’à présent. »
Les enquêtes précédentes sur les supernovaes de type Ia se sont concentrées sur l’univers relativement proche, en grande partie en raison des limites des instruments. La vision infrarouge de Roman, son champ de vision gigantesque et sa sensibilité exquise étendront considérablement la recherche, tirant les rideaux cosmiques suffisamment loin pour permettre aux astronomes de repérer des milliers de supernovae de type Ia distantes.
La mission étudiera en détail l’influence de l’énergie noire sur plus de la moitié de l’histoire de l’univers, alors qu’elle était âgée d’environ quatre à 12 milliards d’années. L’exploration de cette région relativement inconnue aidera les scientifiques à ajouter des pièces cruciales au puzzle de l’énergie noire.
«Les supernovae de type Ia sont parmi les sondes cosmologiques les plus importantes que nous ayons, mais elles sont difficiles à voir lorsqu’elles sont loin», a déclaré Scolnic. «Nous avons besoin de mesures extrêmement précises et d’un instrument incroyablement stable, ce que Roman fournira exactement.»
Hubble constant brouhaha
En plus de fournir une vérification croisée avec les autres enquêtes sur l’énergie noire de la mission, les observations de supernova de type Ia de Roman pourraient aider les astronomes à examiner un autre mystère. Écarts Continuez à apparaître dans les mesures de la constante de Hubble, qui décrit la vitesse à laquelle l’univers se développe actuellement.
Les prédictions basées sur les données des premiers univers, d’environ 380000 ans après le Big Bang, indiquent que le cosmos devrait actuellement s’étendre à environ 42 miles par seconde (67 kilomètres par seconde) pour chaque mégaparsec de distance (un mégaparsec équivaut à environ 3,26 millions d’années-lumière). ). Mais les mesures de l’univers moderne indiquent une expansion plus rapide, entre environ 43 à 47 miles par seconde (70 à 76 kilomètres par seconde) par mégaparsec.
Roman aidera en explorant différentes sources potentielles de ces écarts. Certaines méthodes pour déterminer la vitesse d’expansion de l’univers reposent sur des supernovae de type Ia. Bien que ces explosions soient remarquablement similaires, c’est pourquoi ce sont des outils précieux pour mesurer les distances, de petites variations existent. L’étude approfondie de Roman pourrait améliorer leur utilisation comme bougies standard en nous aider à comprendre ce qui cause les variations.
La mission devrait révéler comment les propriétés des supernovae de type Ia changent avec l’âge, car elle les verra à travers un si vaste balayage de l’histoire cosmique. Roman repèrera également ces explosions à divers endroits dans leurs galaxies hôtes, ce qui pourrait offrir des indices sur la façon dont l’environnement d’une supernova modifie son explosion.
Éclairer la matière noire
Dans un Papier 2020, une équipe dirigée par Zhongxu Zhai, un associé de recherche postdoctorale à Caltech / IPAC à Pasadena, en Californie, a montré que les astronomes seront en mesure de glaner encore plus d’informations cosmiques à partir des observations de supernova de Roman.
« Roman devra regarder à travers d’énormes étendues de l’univers pour voir des supernovae éloignées », a déclaré Yun Wang, chercheur principal à Caltech / IPAC et co-auteur de l’étude. «Beaucoup de choses peuvent arriver à la lumière sur de si longs voyages dans l’espace. Nous avons montré que nous pouvons en apprendre beaucoup sur la structure de l’univers en analysant comment la lumière des supernovae de type Ia a été courbée lorsqu’elle a traversé la matière intermédiaire.
Tout ce qui a une masse déforme le tissu de l’espace-temps. La lumière se déplace en ligne droite, mais si l’espace-temps est plié – ce qui se produit à proximité d’objets massifs – la lumière suit la courbe. Lorsque nous regardons des supernovae de type Ia distantes, l’espace-temps déformé autour de la matière intermédiaire – comme des galaxies individuelles ou des amas de matière noire – peut amplifier la lumière de l’explosion la plus éloignée.
En étudiant cette lumière amplifiée, les scientifiques disposeront d’une nouvelle façon de sonder la façon dont la matière noire est regroupée dans tout l’univers. En savoir plus sur la matière qui compose le cosmos aidera les scientifiques à affiner leur modèle théorique de l’évolution de l’univers.
En cartographiant le comportement de l’énergie noire à travers l’histoire cosmique, en se concentrant sur l’expansion de l’univers aujourd’hui et en fournissant plus d’informations sur la mystérieuse matière noire, la mission romaine fournira une avalanche de données aux astronomes cherchant à résoudre ces problèmes et d’autres de longue date. Avec sa capacité à aider à résoudre tant de mystères cosmiques, Roman sera l’un des outils les plus importants pour étudier l’univers que nous ayons jamais construit.
Le télescope spatial romain Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, avec la participation du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et de Caltech / IPAC en Californie du Sud, du Space Telescope Science Institute de Baltimore et d’équipes scientifiques composées de scientifiques de diverses recherches. institutions.
La source: NASA
