NASA Le télescope spatial romain Nancy Gracy ne sera pas lancé avant 2027, et il ne commencera à fonctionner que quelque temps après cela. Mais cela n’empêche pas les scientifiques enthousiastes de rêver de leur nouveau jouet et de tout ce qu’il fera. Qui peut les blâmer ?
Une nouvelle étude examine en détail la puissance du télescope spatial romain pour voir s’il peut nous aider à répondre à l’une de nos questions les plus importantes sur l’Univers. La question : L’Univers va-t-il continuer à s’étendre et se déchirer dans un Big Rip ?
La NASA n’a pas encore finalisé la conception de la mission du télescope romain. Il y a encore de la place pour peaufiner les choses, et cette étude est un effort pour explorer comment ils pourraient le peaufiner pour obtenir les meilleurs résultats.
L’étude s’intitule “The High Latitude Spectroscopic Survey on the Nancy Grace Roman Space Telescope”, publiée dans Le Journal Astrophysique† L’auteur principal est Yun Wang, chercheur principal à Caltech/IPAC à Pasadena, en Californie. Le télescope romain aura plusieurs outils dans sa boîte à outils, et cette étude se concentre sur la spectroscopie et sur la façon dont elle cartographiera l’expansion historique de l’Univers.
“Notre étude prévoit que l’enquête de spectroscopie de la science Roman permettra et montre comment divers ajustements pourraient optimiser sa conception”, a déclaré l’auteur principal Wang.
Le Roman effectuera une enquête sur une zone étendue à haute latitude (HLWAS). Le High Latitude Spectroscopic Survey (HLSS) est la partie spectroscopique du HLWAS décrite dans cette étude. Le HLWAS est l’un des objectifs scientifiques du télescope, ainsi que de nouvelles approches de la science des exoplanètes. HLSS est une étude de précision à haut volume de millions de galaxies datant de milliards d’années. L’objectif principal de l’Enquête est d’étudier l’expansion universelle au cours de l’histoire de l’Univers. Le HLSS est si profond et large qu’il permettra une science qui n’est pas possible avec d’autres télescopes existants.
“Bien que cette enquête soit conçue pour explorer l’accélération cosmique, elle offrira également des indices sur de nombreux autres mystères alléchants”, a déclaré Wang. “Cela nous aidera à comprendre la première génération de galaxies, nous permettra de cartographier la matière noire et même de révéler des informations sur des structures beaucoup plus proches de chez nous, directement dans notre groupe local de galaxies.”
Le HLSS de Roman concerne l’expansion universelle, l’énergie noire et la théorie de la relativité générale d’Einstein. Évidemment, ce sont tous des sujets profonds et détaillés, et ils ne rentreront pas dans une coquille de la taille d’un Kurzgesagt, mais voici comment ils s’emboîtent.
En 1915, quand Einstein a proposé pour la première fois la relativité générale, personne ne pensait que l’Univers était en expansion. La relativité a réussi à expliquer des choses que la gravité newtonienne ne pouvait pas, mais elle avait un défaut. Einstein lui-même s’est rendu compte que sa théorie prédisait qu’un univers statique était instable et qu’il devait soit se dilater, soit se contracter pour être stable. Mais il a rejeté cela, et il s’est fait trébucher en introduisant la “constante cosmologique” désormais notoire pour compenser. Il l’a utilisé pour contrecarrer l’effet de la gravité et parvenir à un univers statique. Einstein a appelé cela plus tard sa plus grande erreur.
Puis dans les années 1920, les astronomes ont découvert que l’Univers est en expansion. Adieu constante cosmologique. L’astronome américain Edwin Hubble a joué un rôle de premier plan dans la découverte, et la règle décrivant l’expansion s’appelle la loi de Hubble. (Encadré : le scientifique et prêtre belge Georges Lemaître a déjà travaillé sur l’expansion, mais il a publié ses travaux dans une revue obscure. Aujourd’hui, la loi de Hubble est de plus en plus appelée la loi de Hubble-Lemaître.) Ils ont découvert que les galaxies s’éloignent toutes de entre eux, à de très rares exceptions près. L’Univers est en expansion.
L’expansion de l’Univers était et reste un mystère. Les scientifiques ont un nom fictif pour la force qui doit être à l’origine de l’expansion : l’énergie noire.
Pendant longtemps, les cosmologistes ont pensé que l’expansion ralentissait. Mais il s’avère que ce n’est pas vrai.
En 1998, les scientifiques ont découvert que le taux d’expansion de l’Univers s’accélérait. Ce ne devrait pas être parce que la gravité de toute la matière devrait ralentir l’expansion. Avec cette découverte, la constante cosmologique est revenue en jeu. C’est maintenant l’explication la plus simple de l’accélération de l’expansion.
Ne serait-il pas agréable que les interminables devinettes sur le destin de l’Univers soient terminées ? Ne serait-il pas amusant de savoir comment l’Univers finira ? Ce serait aussi amusant que de savoir ce qui a déclenché son début. Imaginez à quel point vous seriez populaire lors de cocktails.
Cela nous amène au télescope romain et à son levé spectroscopique à haute latitude. Le HLSS pourrait être en mesure de nous renseigner sur l’avenir de l’expansion de l’Univers et si l’Univers continuera à s’étendre de plus en plus vite et se terminera par un Big Rip.
Dans leur article, les auteurs précisent l’objectif général de l’enquête. Il y a deux questions de niveau supérieur :
- L’accélération cosmique est-elle causée par une nouvelle composante énergétique ou par l’effondrement de la relativité générale à l’échelle cosmologique ?
- Si la cause est une nouvelle composante énergétique, sa densité d’énergie est-elle constante dans l’espace et dans le temps, ou a-t-elle évolué au cours de l’histoire de l’univers ?
Il n’y a pas de magie à cela. D’une certaine manière, il y a de la force brute impliquée. Plus vous pouvez mesurer l’Univers, et plus vous pouvez le mesurer avec précision, plus vos conclusions seront précises. C’est à l’origine du développement de télescopes plus grands et plus précis comme le télescope spatial romain. Les réponses à nos questions sont plus complexes et plus difficiles à trouver.
Dans l’article, les auteurs présentent un plan de référence pour le HLSS. Le HLSS de Roman couvrira près de 2 000 degrés carrés ou environ 5% du ciel en environ sept mois. C’est une amélioration considérable par rapport à d’autres télescopes comme le Hubble. “En ce moment, avec des télescopes comme Hubble, nous pouvons échantillonner des dizaines de galaxies à décalage vers le rouge élevé. Avec Roman, nous pourrons en échantillonner des milliers », a expliqué Russell Ryan, astronome au STScI.
“Bien que Roman puisse exécuter une enquête peu profonde et étendue comparable à celle d’Euclide en environ un an d’observation, l’enquête plus profonde proposée ici est un meilleur complément aux autres enquêtes et exploite plus efficacement les capacités de la plus grande ouverture de Roman”, indique le document. . “Par unité de temps d’observation, Roman est une installation extraordinairement efficace pour les relevés spectroscopiques sans fente, il est donc bien placé pour répondre aux développements de la cosmologie expérimentale d’ici le lancement de la mission au milieu des années 2020.”
La nouvelle étude montre que le HLSS de Roman devrait mesurer avec précision 10 millions de galaxies à partir du moment où l’Univers avait entre trois et six milliards d’années. Les astronomes utiliseront ces données pour cartographier la structure à grande échelle de l’Univers.
Les cosmologistes ont déjà cartographié la structure à grande échelle, mais le HLSS du télescope romain ira encore plus loin dans cette cartographie. Le HLSS nous indiquera les distances d’environ deux millions de galaxies à partir du moment où l’Univers n’avait que deux à trois milliards d’années. Cela n’a jamais été fait auparavant et ce seront de nouvelles données.
Cela revient à mesurer autant de choses que possible avec la plus grande précision possible. Si le télescope romain peut apporter une profondeur et une ampleur nouvelles à notre compréhension de la structure à grande échelle de l’univers au fil du temps, nous pouvons comprendre l’histoire de l’expansion de l’univers. Alors, peut-être, nous aurons enfin notre réponse.
“Roman déterminera l’histoire de l’expansion de l’univers afin de tester les explications possibles de son expansion accélérée apparente, y compris l’énergie noire et la modification de la gravité d’Einstein”, écrivent les auteurs dans leur article. “Roman déterminera l’histoire de la croissance des plus grandes structures de l’univers afin de tester les explications possibles de son expansion accélérée apparente, y compris l’énergie noire et la modification de la gravité d’Einstein…”
Cette vidéo se dissout entre toute la collection de cubes redshift en 55 secondes. Au fur et à mesure que l’Univers s’étend, la densité de galaxies dans chaque cube diminue, passant de 528 000 dans le premier cube à 80 dans le dernier. Chaque cube mesure environ 100 millions d’années-lumière de diamètre. Galaxies assemblées le long de vastes brins de gaz séparés par d’immenses vides, une structure semblable à de la mousse qui fait écho dans l’Univers actuel à de grandes échelles cosmiques. Cette visualisation montre le nombre et le regroupement de galaxies simulées à différents âges cosmiques, allant de 4% à 43% de l’âge actuel de l’Univers de 13,8 milliards d’années. Chaque cube représente un volume fixe d’espace, environ 100 millions d’années-lumière de côté. Au cours de la séquence, l’expansion de l’Univers fait rapidement baisser la densité des galaxies. Chaque cube montre un décalage vers le rouge cosmologique spécifique, de 9 à 1, avec les cubes précédents moulés dans des nuances de sauveur.
Cette dernière phrase décrit où nous en sommes maintenant. L’univers est en expansion et l’expansion s’accélère. Cela ne devrait pas être le cas car la gravité de toute la matière de l’Univers devrait être un frein à cette expansion. L’accélération signifie que la théorie de la gravité d’Einstein n’est pas tout à fait correcte. Ou cela signifie que nous devons ajouter une nouvelle composante énergétique à l’univers : l’énergie noire.
Comme expliqué dans la relativité générale, la gravité d’Einstein est précise, jusqu’à un certain point. Il en était de même pour Newton jusqu’à ce que nous puissions observer de plus grandes portions de l’univers. La gravité de Newton décrit avec précision ce qui se passe avec la gravité à des échelles locales, et la gravité d’Einstein explique avec précision ce qui se passe à une échelle encore plus grande. Mais maintenant, nous sommes confrontés à l’univers entier, et notre compréhension est insuffisante.
Cette étude simule ce que le romain peut apporter à la question. Les images 3D vastes et profondes de l’Univers du télescope romain sont une nouvelle occasion de discerner les principales théories qui tentent d’expliquer l’accélération cosmique : une théorie modifiée de la gravité ou de l’énergie noire.
La science ne peut que gagner. L’un ou l’autre résultat nous rapproche.
“Pour éclairer la nature inconnue de l’accélération cosmique, nous devons mesurer deux fonctions libres du temps : l’histoire de l’expansion cosmique et le taux de croissance de la structure à grande échelle”, écrivent les auteurs. “Ceux-ci peuvent nous dire si l’énergie noire varie avec le temps et s’il s’agit d’une composante énergétique inconnue (par exemple, une constante cosmologique), ou la conséquence de la modification de la relativité générale comme théorie de la gravité.”
“Nous pouvons nous attendre à une nouvelle physique dans les deux cas – que nous apprenions que l’accélération cosmique est causée par l’énergie noire ou que nous constations que nous devons modifier la théorie de la gravité d’Einstein”, a déclaré Wang. “Roman testera les deux théories en même temps.”
Les auteurs soulignent que leur référence HLSS est un exemple de la façon dont pourrait mettre en œuvre le relevé spectroscopique à grande latitude à haute latitude sur Roman. “L’enquête réelle que Roman exécutera sera définie dans un processus communautaire ouvert avant le lancement, en tenant compte du paysage des projets d’énergie noire et de leurs synergies”, écrivent-ils.
Saurons-nous jamais comment l’univers finira ? Peut-être qu’un jour nous le ferons, et nous pourrons en discuter lors de cocktails. Et nous pouvons parler de la façon dont le télescope spatial romain Nancy Gracy nous a aidés à trouver notre réponse.
Cet article a été initialement publié le Univers aujourd’hui par Evan Gough. Lisez l’article original ici.