Nancy Grace Roman Space Telescope

Les scientifiques prédisent que l’une des principales enquêtes du prochain télescope spatial romain de Nancy Grace Roman peut révéler environ 100 000 explosions célestes, allant des étoiles explosives à l’alimentation des trous noirs. Roman peut même trouver des preuves de certaines des premières étoiles de l’univers, qui seraient complètement s’autodétruisent sans laisser de reste.

Les explosions cosmiques offrent des indices sur certains des plus grands mystères de l’univers. L’un est la nature de énergie sombrela mystérieuse pression considérée comme accélérant l’expansion de l’univers.

“Que vous souhaitiez explorer l’énergie sombre, les étoiles mourantes, les puissances galactiques, ou probablement même des choses entièrement nouvelles que nous n’avons jamais vues auparavant, cette enquête sera une mine d’or”, a déclaré Benjamin Rose, professeur adjoint à l’Université de Baylor à Waco, au Texas, qui a dirigé une étude sur les résultats. Le document est publié dans Le journal astrophysique.

Appelé le Enquête sur le domaine du temps à haute latitudece programme d’observation scannera la même grande région du cosmos tous les cinq jours pendant deux ans. Les scientifiques assembleront ces observations pour créer des films qui découvrent toutes sortes de feux d’artifice cosmiques.

Le chef parmi eux est Stars explosives. L’enquête vise largement à trouver une classe spéciale de supernova appelée Type IA. Ces cataclysmes stellaires permettent aux scientifiques de mesurer les distances cosmiques et de retracer l’expansion de l’univers car elles atteignent à peu près la même luminosité intrinsèque. Découvrir à quelle vitesse l’univers s’est fait ballon pendant différentes époques cosmiques offre des indices à l’énergie sombre.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont simulé l’enquête entière de domaine temporel à haute latitude de Roman. Les résultats suggèrent que Roman pourrait voir environ 27 000 supernovae de type IA – environ 10 fois plus que toutes les enquêtes précédentes combinées.

Au-delà d’augmenter considérablement notre échantillon total de ces supernovae, Roman repoussera les limites de la distance dans le temps que nous pouvons les voir. Alors que la plupart des personnes détectées jusqu’à présent se sont produites dans les 8 derniers milliards d’années, Roman devrait en voir un grand nombre plus tôt dans l’histoire de l’univers, dont plus d’un millier qui a explosé il y a plus de 10 milliards d’années et potentiellement des dizaines de 11,5 milliards d’années. Cela signifie que Roman établira presque certainement un nouveau record pour la supernova de type IA la plus éloignée tout en élargissant profondément notre vision de l’univers précoce et en combler un écart critique dans notre compréhension de la façon dont le cosmos a évolué au fil du temps.

“Le commission de ces lacunes de données pourrait également combler les lacunes dans notre compréhension de l’énergie sombre”, a déclaré Rose. “Les preuves montent que l’énergie sombre a changé au fil du temps, et Roman nous aidera à comprendre ce changement en explorant l’histoire cosmique d’une manière que d’autres télescopes ne peuvent pas.”

Mais les supernovae de type IA seront cachés parmi un échantillon beaucoup plus important de stars explosives que Roman verra une fois qu’elle commencera les opérations scientifiques en 2027. L’équipe estime que Roman repèrera également environ 60 000 supernovae de fond de base, qui se produisent lorsqu’une étoile massive manquera de carburant et s’effondrera sous son propre poids.

C’est différent des supernovae de type IA, qui proviennent de systèmes d’étoiles binaires qui contiennent au moins une naine blanche – le petit reste du noyau chaud d’une étoile en forme de soleil – un matériau siphonnant d’une étoile complémentaire. Les supernovae à colonnes de base ne sont pas aussi utiles pour les études d’énergie sombre que les IAS de type, mais leurs signaux semblent similaires à mi-chemin du cosmos.

“En voyant la façon dont la lumière d’un objet change dans le temps et la diviser en spectres – des couleurs individuelles avec des motifs qui révèlent des informations sur l’objet qui a émis la lumière – nous pouvons distinguer tous les différents types de flashs que Roman verra” Rebekah Hounsellun chercheur adjoint au comté de l’Université du Maryland-Baltimore travaillant au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland et co-auteur de l’étude.

“Avec l’ensemble de données que nous avons créé, les scientifiques peuvent former des algorithmes d’apprentissage automatique pour distinguer les différents types d’objets et passer à travers les averses de données de Roman pour les trouver”, a ajouté Hounsell. “En recherchant des supernovae de type IA, Roman va collecter beaucoup de« prises accessoires »cosmiques – d’autres phénomènes qui ne sont pas utiles à certains scientifiques, mais qui seront inestimables pour d’autres.»

Gemmes cachées

Grâce à la grande vision profonde de l’espace de Roman, les scientifiques disent que l’enquête devrait également découvrir des phénomènes extrêmement rares et insaisissables, y compris des explosions stellaires encore plus rares et des étoiles désintégrées.

Après une approche étroite d’un trou noir, une gravité intense peut déchiqueter une étoile dans un soi-disant événement de perturbation des marées. Les miettes stellaires se réchauffent alors qu’ils tourbillonnent autour du trou noir, créant des astronomes luisants peuvent voir de toute vaste étendue de l’espace-temps. Les scientifiques pensent que l’enquête de Roman dévoilera 40 événements de perturbation des marées, offrant une chance d’en savoir plus sur la physique des trous noirs.

L’équipe estime également que Roman trouvera environ 90 supernovae superlumineux, qui peut être 100 fois plus brillant qu’une supernova typique. Ils font un coup de poing, mais les scientifiques ne savent pas complètement pourquoi. Trouver plus d’entre eux aidera les astronomes à peser différentes théories.

Encore plus rare et plus puissant, Roman pourrait également détecter plusieurs kilonovae. Ces explosions se produisent lorsque deux étoiles à neutrons – des noyaux extrêmement denses restants à partir d’étoiles qui ont explosé sous forme de supernovae – entrent en collision. À ce jour, il n’y a eu que Une détection définitive de Kilonova. L’équipe estime que Roman pourrait en repérer cinq autres.

Cela aiderait les astronomes à en savoir plus sur ces événements mystérieux, incluant potentiellement leur sort. À l’heure actuelle, les scientifiques ne savent pas si les kilonovae se traduisent par une seule étoile à neutrons, un trou noir ou autre chose.

Roman peut même repérer les détonations de certaines des premières étoiles qui se sont formées dans l’univers. Ces fours nucléaires étaient des géants, jusqu’à des centaines de fois plus massifs que notre Soleil, et non souillés par des éléments lourds qui n’avait pas encore formé.

Ils étaient si massifs que les scientifiques pensent qu’ils ont explosé différemment des étoiles massives modernes. Au lieu d’atteindre le point où une star lourde aujourd’hui s’effondrerait, des rayons gamma intenses à l’intérieur des premières étoiles peuvent s’être transformés en paires d’antimatière (électrons et positrons). Cela drainerait la pression en tenant les étoiles jusqu’à ce qu’elles s’effondrent, l’auto-destruction dans des explosions si puissantes qu’elles ne laissent rien de derrière.

Jusqu’à présent, les astronomes ont trouvé environ une demi-douzaine de candidats de ces supernovae à «paire d’instabilité», mais aucun n’a été confirmé.

“Je pense que Roman fera la première détection confirmée d’une supernova d’instabilité des paires”, a déclaré Rose – en fait, l’étude suggère que Roman trouvera plus de 10. “Ils sont incroyablement loin et très rares, vous avez donc besoin d’un télescope qui peut étudier beaucoup de ciel à un niveau d’exposition profonde dans la lumière proche infrarouge, et c’est Roman.”

Une interprétation future de la simulation pourrait inclure encore plus de types de flashs cosmiques, tels que des étoiles variables et des galaxies actives. D’autres télescopes peuvent suivre les phénomènes rares et objets que Roman découvre pour les voir dans différentes longueurs d’onde de lumière pour les étudier plus en détail.

“Roman va trouver tout un tas de choses étranges et merveilleuses dans l’espace, y compris certains auxquels nous n’avons même pas encore pensé”, a déclaré Hounsell. “Nous nous attendons certainement à l’inattendu.”

Pour plus d’informations sur la visite du télescope spatial romain www.nasa.gov/roman.

Le télescope spatial romain de Nancy Grace est géré au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, avec la participation du Laboratoire de propulsion Jet de la NASA en Californie du Sud; Caltech / IPAC à Pasadena, Californie; L’Institut des sciences du télescope spatial à Baltimore; et une équipe scientifique comprenant des scientifiques de diverses institutions de recherche. Les principaux partenaires industriels sont BAE Systems Inc. à Boulder, Colorado; L3Harris Technologies à Rochester, New York; et Teledyne Scientific & Imaging à Thousand Oaks, Californie.

Par Ashley Balzer
Goddard Space Flight Center de la NASAGreenbelt, Md.