La mission romaine de la NASA pourrait prendre la première image d’un monde semblable à Jupiter

Roman utilisera son instrument Coronagraph – un système de masques, de prismes, de détecteurs et même de miroirs auto-flexibles conçus pour bloquer l’éblouissement des étoiles lointaines et révéler les planètes en orbite autour d’elles – pour démontrer que les technologies d’imagerie directe peuvent fonctionner encore mieux dans l’espace qu’avec les télescopes au sol.

“Nous serons en mesure d’imager des mondes en lumière visible à l’aide du coronagraphe romain”, a déclaré Rob Zellem, astronome au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA en Californie du Sud, qui codirige le plan d’étalonnage d’observation pour l’instrument. JPL construit l’instrument coronagraphe de Roman. “Le faire depuis l’espace nous aidera à voir des planètes plus petites, plus anciennes et plus froides que ne le révèle habituellement l’imagerie directe, nous rapprochant à pas de géant de l’imagerie de planètes comme la Terre.”

Une maison loin de chez soi

Les exoplanètes – des planètes au-delà de notre système solaire – sont si éloignées et sombres par rapport à leurs étoiles hôtes qu’elles sont pratiquement invisibles, même pour les télescopes puissants. C’est pourquoi presque tous les mondes découverts jusqu’à présent l’ont été indirectement grâce aux effets qu’ils ont sur leurs étoiles hôtes. Cependant, les récents progrès technologiques permettent aux astronomes de prendre des images de la lumière réfléchie par les planètes elles-mêmes.

L’analyse des couleurs des atmosphères planétaires aide les astronomes à découvrir de quoi sont faites les atmosphères. Ceci, à son tour, peut offrir des indices sur les processus se produisant sur les mondes imagés qui peuvent affecter leur habitabilité. Étant donné que les êtres vivants modifient leur environnement d’une manière que nous pourrions détecter, par exemple en produisant de l’oxygène ou du méthane, les scientifiques espèrent que cette recherche ouvrira la voie à de futures missions qui pourraient révéler des signes de vie.

Si l’instrument Coronagraph de Roman termine avec succès sa phase de démonstration technologique, son mode polarimétrie permettra aux astronomes d’imager les disques autour des étoiles en lumière polarisée, familière à beaucoup comme l’éblouissement réfléchi bloqué par les lunettes de soleil polarisées. Les astronomes utiliseront des images polarisées pour étudier les grains de poussière qui composent les disques autour des étoiles, y compris leurs tailles, leurs formes et éventuellement leurs propriétés minérales. Roman peut même être en mesure de révéler des structures dans les disques, telles que des lacunes créées par des planètes invisibles. Ces mesures compléteront les données existantes en sondant des disques de poussière plus faibles en orbite plus près de leurs étoiles hôtes que les autres télescopes ne peuvent voir.

Combler le fossé

Les efforts actuels d’imagerie directe sont limités à d’énormes planètes brillantes. Ces mondes sont généralement des super-Jupiters âgés de moins de 100 millions d’années, si jeunes qu’ils brillent de mille feux grâce à la chaleur laissée par leur formation, ce qui les rend détectables à la lumière infrarouge. Ils ont également tendance à être très éloignés de leurs étoiles hôtes car il est plus facile de bloquer la lumière de l’étoile et de voir des planètes sur des orbites plus éloignées. Le coronagraphe romain pourrait compléter les observations infrarouges d’autres télescopes en imageant pour la première fois de jeunes super-Jupiters en lumière visible, selon une étude menée par une équipe de scientifiques.

Mais les astronomes aimeraient également imager directement des planètes similaires à la nôtre un jour – des planètes rocheuses de la taille de la Terre en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil dans leurs zones habitables, la gamme de distances orbitales où les températures permettent à l’eau liquide d’exister sur une planète. surface. Pour ce faire, les astronomes doivent pouvoir voir des planètes plus petites, plus froides et plus sombres en orbite beaucoup plus près de leurs étoiles hôtes que les télescopes actuels. En photographiant des mondes en lumière visible, Roman sera capable d’imager des planètes matures couvrant des âges allant jusqu’à plusieurs milliards d’années, ce qui n’a jamais été fait auparavant.

“Pour imager des planètes semblables à la Terre, nous aurons besoin de performances 10 000 fois supérieures à celles fournies par les instruments actuels”, a déclaré Vanessa Bailey, astronome au JPL et technologue des instruments pour le coronagraphe romain. “L’instrument Coronagraph fonctionnera plusieurs centaines de fois mieux que les instruments actuels, nous pourrons donc voir des planètes semblables à Jupiter qui sont plus de 100 millions de fois plus faibles que leurs étoiles hôtes.”

Une équipe de scientifiques a récemment simulé une cible prometteuse pour Roman, appelée Upsilon Andromedae d. “Cette exoplanète géante gazeuse est légèrement plus grande que Jupiter, orbite dans la zone habitable d’une étoile semblable au Soleil et est relativement proche de la Terre – à seulement 44 années-lumière”, a déclaré Prabal Saxena, chercheur assistant à l’Université du Maryland. , College Park et le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l’auteur principal d’un article décrivant les résultats. “Ce qui est vraiment excitant, c’est que Roman pourrait nous aider à explorer les brumes et les nuages ​​dans l’atmosphère d’Upsilon Andromedae et pourrait même agir comme un thermomètre planétaire en imposant des contraintes sur la température interne de la planète !”

Ouvrir une nouvelle frontière

L’instrument Coronagraph contiendra plusieurs composants de pointe qui n’ont jamais volé à bord d’un observatoire spatial auparavant. Par exemple, il utilisera des masques de coronographe spécialement conçus pour bloquer l’éblouissement des étoiles hôtes mais permettre à la lumière des planètes plus faibles et en orbite de filtrer. Ces masques ont des formes innovantes et complexes qui bloquent la lumière des étoiles plus efficacement que les masques traditionnels.

Le coronagraphe romain sera également équipé de miroirs déformables, qui aident à contrer les petites imperfections qui réduisent la qualité de l’image. Ces miroirs spéciaux mesureront et soustrairont la lumière des étoiles en temps réel, et les techniciens au sol peuvent également envoyer des commandes au vaisseau spatial pour les ajuster. Cela aidera à contrer les effets tels que les changements de température, qui peuvent légèrement modifier la forme de l’optique.

Grâce à cette technologie, Roman observera des planètes si faibles que des détecteurs spéciaux compteront les photons de lumière individuels à mesure qu’ils arrivent, à quelques secondes voire minutes d’intervalle. Aucun autre observatoire n’a réalisé ce type d’imagerie en lumière visible auparavant, ce qui constitue une étape vitale vers la découverte de planètes habitables et peut-être pour savoir si nous sommes seuls dans l’univers.

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 à Baltimore et d’une équipe scientifique composée de scientifiques de divers établissements de recherche. Les principaux partenaires industriels sont Ball Aerospace and Technologies Corporation à Boulder, Colorado ; L3Harris Technologies à Melbourne, Floride ; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, en Californie.