La caméra infrarouge du télescope spatial Nancy Grace Roman a capté ses premières lueurs d'étoiles, environ deux semaines après son lancement par la NASA. Cette image de test, encore floue, confirme le bon fonctionnement du Wide Field Instrument avant l'activation du système de visée fine et les premières observations scientifiques prévues début 2027.
Nancy Grace Roman était en préparation depuis plus de dix ans lorsqu'il a décollé le 30 août dernier depuis le Centre spatial Kennedy, à bord d'une fusée Falcon Heavy de SpaceX. Sur Clubic, on vous a parlé de son réveil en orbite. Grâce à une réserve de carburant inattendue, la mission doit désormais durer jusqu'à 22 ans, contre 10 ans initialement prévus. Depuis, les équipes de la NASA ont entamé la mise en service de ses deux instruments scientifiques, le Wide Field Instrument et le coronographe.
Dix jours de repos avant l'activation de la caméra
Le 11 septembre, les ingénieurs de la NASA ont activé le Wide Field Instrument, après une période de repos de dix jours à moins 65 degrés Celsius destinée à éliminer l'eau et les résidus chimiques restés à la surface des composants. Ils ont ensuite refroidi progressivement l'instrument jusqu'à moins 143 degrés Celsius, avant d'allumer un par un ses dix-huit détecteurs infrarouges et de tester son système d'étalonnage. Sa roue à filtres et prismes a été testée avec succès en microgravité, et son mécanisme de mise au point a lui aussi été vérifié durant cette période.
Par ailleurs, sa zone de détection couvre une surface équivalente à un écran d'ordinateur portable. Sa température de fonctionnement en continu sera de moins 183 degrés Celsius. Quatre jours plus tard, le Wide Field Instrument a capté ses premiers photons de lumière stellaire. « Après des années d'efforts pour construire et tester cet instrument au sol, nous avons désormais la confirmation qu'il fonctionne dans l'espace », a déclaré Josh Schlieder, responsable scientifique du Wide Field Instrument au centre Goddard de la NASA. « C'est une étape immense », a-t-il ajouté.
Sur cette première image de test, que vous pouvez voir ci-dessus, chaque étoile s'étale sur plusieurs milliers de pixels et prend la forme d'un halo flou et coloré.
Les équipes doivent ensuite activer le système de visée fine, afin de maintenir un pointage stable pendant les longues expositions nécessaires à l'observation de galaxies lointaines. Une fois ces réglages achevés, les scientifiques de la NASA comptent aussi utiliser cette caméra pour cartographier la répartition de la matière noire dans l'Univers.
Trente jours de décontamination pour le coronographe
Au cours du mois de septembre, les équipes de la NASA ont confirmé la communication avec l'ensemble des composants du coronographe et testé les mécanismes mobiles qui orientent ses masques. Ses masques mesurent environ la taille d'une pièce de monnaie. Le coronographe est aussi équipé de miroirs déformables, conçus pour corriger en temps réel les imperfections optiques qui gênent aujourd'hui la détection directe d'une exoplanète.
Contrairement au Wide Field Instrument, cet instrument fonctionne à une température proche de l'ambiante, et les équipes l'ont vérifiée à 22 degrés Celsius durant ces essais. Eric Cady est ingénieur optique chargé de la mise en service du coronographe au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. « Cet essai terminé, nous décontaminons désormais l'instrument », a-t-il expliqué, avant d'ajouter que « Nos détecteurs restent à température ambiante pour permettre à l'eau et aux résidus chimiques encore présents de s'évaporer ». Cette décontamination doit durer trente jours. Une fois achevée, le coronographe pourra bloquer la lumière d'une étoile pour photographier directement les exoplanètes qui l'entourent.
Contrairement aux méthodes de détection indirecte, les astronomes pourront ainsi analyser directement la lumière d'une exoplanète, donc sa composition atmosphérique. Cette détection directe d'exoplanètes est l'un des objectifs scientifiques de la mission Roman. La NASA n'a encore jamais testé cette technique en conditions réelles depuis l'espace.
La décontamination sert à éliminer l’eau et les résidus chimiques (issus de l’assemblage ou des matériaux) qui peuvent se déposer sur les optiques et les capteurs. Dans le vide spatial, ces molécules ont tendance à « dégazer » et peuvent se recondense sur des surfaces froides, ce qui dégrade la transmission de la lumière et augmente le bruit. Refroidir l’instrument de manière contrôlée permet de stabiliser ses performances et de limiter les variations de mesure liées à la température. Pour une caméra infrarouge, travailler à très basse température réduit aussi le « bruit thermique » du détecteur, indispensable pour capter des signaux faibles. La durée (10 jours, 30 jours) dépend de la sensibilité des composants et des risques de recontamination.
Le Wide Field Instrument est une caméra infrarouge à grand champ équipée de plusieurs détecteurs, conçue pour imager une large portion du ciel en une seule prise. L’intérêt du grand champ est d’accélérer les relevés : on cartographie plus vite des zones étendues, ce qui est crucial pour les surveys (galaxies, lentilles gravitationnelles, structures à grande échelle). La roue à filtres et prismes permet de sélectionner des bandes de longueurs d’onde ou de faire de la spectroscopie « légère » afin d’obtenir des informations sur la nature et la distance des objets. En pratique, cela permet de produire des jeux de données homogènes sur des millions de sources, utiles pour la cosmologie observationnelle. La mise en service vérifie que détecteurs, optique et étalonnage restent stables une fois en microgravité.
Un coronographe bloque artificiellement la lumière de l’étoile au centre de l’image, car elle écrase celle des planètes proches, beaucoup plus faibles. Des masques et des diaphragmes sculptent le front d’onde lumineux pour atténuer la diffraction et créer une zone sombre autour de l’étoile dans laquelle une exoplanète devient détectable. Les miroirs déformables ajustent en temps réel la forme du front d’onde pour corriger des imperfections optiques minuscules qui génèrent des « taches » (speckles) confondues avec une planète. Cette combinaison vise à augmenter le contraste de manière drastique, condition clé pour l’imagerie directe. Une fois l’exoplanète isolée, on peut analyser sa lumière (ou son spectre) pour en déduire des indices sur son atmosphère.
