Il arrive que des étoiles soient arrachées à des amas globulaires lors de leur orbite autour d’une galaxie massive. Des chercheurs ont identifié plusieurs cas dans notre propre galaxie, la Voie lactée, et ont également observé des espaces entre ces filaments en boucle. Qu’est-ce qui a causé ces espaces ? Une hypothèse : une substance appelée matière noire. Avec le lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman, les astronomes utiliseront ses images haute définition pour repérer de nombreux autres courants de marée – et potentiellement leurs espaces associés – dans les galaxies voisines pour la première fois. Un candidat privilégié est notre voisine, la galaxie d’Andromède, qui apparaît dans l’illustration ci-dessus. Bientôt, les chercheurs pourront non seulement identifier les courants de marée dans Andromède, mais ils pourront également utiliser la haute résolution de Roman pour déterminer davantage de propriétés de cette substance mystérieuse. Crédit : NASA, Joseph Olmsted (STScI)
NASA’s Roman Space Telescope utilisera des images haute résolution pour étudier la matière noire en analysant les courants d’étoiles dans la galaxie d’Andromède, offrant de nouvelles perspectives sur le rôle cosmique et les propriétés de la matière noire.
Les détails les plus fins et les plus petits de l’univers – les espaces entre les groupes d’étoiles allongés – pourraient bientôt aider les astronomes à révéler la matière noire avec une précision sans précédent. Après le lancement du télescope spatial Nancy Grace Roman, prévu pour mai 2027, les chercheurs utiliseront ses images pour explorer ce qui existe entre les filaments d’étoiles tirés des amas globulaires. Ils se concentreront spécifiquement sur les courants de marée provenant d’amas globulaires qui orbitent autour de notre galaxie voisine, Andromède. Leur objectif est d’identifier un plus grand nombre d’exemples de ces courants de marée, d’examiner les espaces entre les étoiles et, idéalement, de déterminer des propriétés concrètes de la matière noire.
Les courants d’amas globulaires ressemblent à des rubans flottant dans le cosmos, à la fois en amont et en aval des amas globulaires dont ils sont issus. Leur longueur dans notre Voie lactée varie considérablement. Les courants d’étoiles très courts sont relativement jeunes, tandis que ceux qui entourent complètement une galaxie peuvent être presque aussi anciens que l’univers. Un courant qui entoure entièrement la galaxie d’Andromède pourrait mesurer plus de 300 000 années-lumière de long mais moins de 3 000 années-lumière de large.
Imagerie Avancée et Progrès Observatoires
Avec le télescope Roman, les astronomes pourront explorer pour la première fois les courants d’étoiles des amas globulaires dans les galaxies voisines. L’instrument grand champ de Roman est équipé de 18 détecteurs qui produiront des images 200 fois plus grandes que celles de la télescope spatial Hubble à une résolution légèrement supérieure.
L’empreinte vaste de l’instrument grand champ du futur télescope spatial Nancy Grace Roman montre combien sa caméra pourrait observer en une seule image. (L’instrument grand champ possède 18 détecteurs carrés.) Dans cette empreinte se trouve une image simulée de Roman. L’arrière-plan est une image au sol du disque principal de la galaxie d’Andromède provenant du Digitized Sky Survey. Une photo de la pleine lune prise par le Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA est fournie pour l’échelle. Andromède a un diamètre d’environ 3 degrés dans le ciel, tandis que la lune mesure environ 0,5 degré de large. (En réalité, la lune est beaucoup plus petite qu’Andromède, mais elle est aussi beaucoup plus proche.) L’empreinte de l’instrument grand champ capture 0,28 degré carré du ciel en une seule prise. Andromède est une galaxie spirale qui est similaire en taille et en structure à notre Voie lactée, mais qui est plus massive. Elle se trouve à environ 2,5 millions d’années-lumière de la Terre. Crédit : Image : NASA, NASA-GSFC, ASU, Robert Gendler DSS ; Simulation : NASA, STScI, Benjamin F. Williams (UWashington)
“Roman sera capable de prendre une immense photo de la galaxie d’Andromède, ce qui n’est tout simplement pas possible avec d’autres télescopes,” a déclaré Christian Aganze, l’auteur principal d’une récente étude.
L’Avènement du Télescope Spatial Nancy Grace Roman
Le Télescope Spatial Nancy Grace Roman, qui porte le nom de la première astronome en chef de la NASA, représente une avancée majeure dans le domaine des observatoires spatiaux. Prévu pour être lancé au milieu des années 2020, cet instrument est conçu pour explorer une vaste gamme de phénomènes astronomiques, allant des mystères de l’énergie noire et de la matière noire à la détection d’exoplanètes et à l’exploration de l’infrarouge cosmique. Avec un miroir principal de 2,4 mètres et une série d’instruments sophistiqués, dont un Instrument à Champ Large pour des enquêtes à grande échelle et un Instrument Coronagraphe pour l’imagerie directe d’exoplanètes, le télescope Roman vise à réaliser des recherches révolutionnaires sur une vaste étendue du ciel avec une précision et une profondeur inégalées par les observatoires actuels.
Une Nouvelle Vision de la Recherche Cosmique
Les chercheurs anticipent que le télescope Roman redéfinira notre compréhension de la matière noire. Selon Christian Aganze, un postdoctorant à l’Université de Stanford, « nous prévoyons que Roman sera capable de détecter des étoiles individuellement. » Les images vastes et détaillées fournies par Roman permettront aux scientifiques d’identifier facilement de nombreux exemples de courants de globules dans la galaxie d’Andromède. À ce jour, les astronomes utilisant des télescopes existants, tant dans l’espace que sur Terre, ont été limités à l’étude d’un nombre relativement restreint de ces courants au sein de notre propre Voie lactée.
La Matière Noire : Un Mystère Persistant
La matière noire, souvent considérée comme une particule, reste invisible à nos yeux car elle n’émet, ne réfléchit, ni n’absorbe la lumière. Comment savons-nous alors qu’elle existe ? « Nous observons l’effet de la matière noire sur les galaxies, » explique Aganze. « Par exemple, lorsque nous modélisons la rotation des galaxies, nous avons besoin d’une masse supplémentaire pour expliquer leur mouvement. La matière noire pourrait fournir cette masse manquante. »
Chaque galaxie, y compris la Voie lactée, est entourée d’un halo de matière noire. À mesure que les astronomes approfondissent leur compréhension de la nature de la matière noire, ils pourraient découvrir que le halo d’une galaxie contient également un grand nombre de sous-halos de matière noire, comme le prédisent certains modèles. « Ces halos sont probablement de forme sphérique, mais leur densité, leur taille et même leur existence ne sont pas encore confirmées, » précise Tjitske Starkenburg, co-auteur et professeur assistant de recherche à l’Université Northwestern.
Perspectives d’Avenir dans l’Astronomie
Les chercheurs estiment que Roman fournira des données cruciales sur les galaxies voisines en seulement une heure d’observation, et ces données pourraient être capturées par le High Latitude Wide Area Survey. Starkenburg contribue également à un projet récemment financé par le programme de recherche et de soutien du télescope spatial Nancy Grace Roman. « Cette équipe prévoit de modéliser comment les globules se forment en courants stellaires en développant un cadre théorique beaucoup plus détaillé, » explique-t-elle. « Nous allons prédire d’où proviennent les globules qui forment ces courants et si ces derniers seront observables avec Roman. »
Aganze se montre également enthousiaste à propos d’autres projets en cours ou à venir. « La mission Euclid de l’Agence spatiale européenne commence déjà à explorer la structure à grande échelle de l’univers, ce qui nous aidera à mieux comprendre le rôle de la matière noire, » dit-il. « De plus, l’Observatoire Vera C. Rubin commencera bientôt à scanner le ciel nocturne de manière répétée avec des objectifs similaires. Les données de ces missions seront extrêmement utiles pour affiner nos simulations en préparation pour Roman. »
Conclusion
Le télescope spatial Nancy Grace Roman est sur le point de transformer notre compréhension de l’univers. En explorant des questions fondamentales sur la matière noire et en fournissant des données précieuses sur les galaxies, il continuera l’héritage d’une enquête astronomique détaillée et de découvertes qui façonnent notre vision du cosmos.
