Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA fonctionne encore mieux que ce que les scientifiques prévoyaient après que les ingénieurs ont effectué une vaste série de tests et d’ajustements de précision. Les travaux ont permis de mettre au point les puissants instruments de l’observatoire avec une netteté exceptionnelle, son système de caméra principal offrant désormais une qualité d’image près de 30 % supérieure à celle prévue.
Cette réalisation marque une étape importante vers la mission ambitieuse du télescope visant à étudier la matière noire, l’énergie noire et d’autres mystères de l’univers. Même les plus petites améliorations de la précision optique pourraient aider Roman à capturer des images plus claires lors de ses vastes études du cosmos.
“Tous les levés de grande envergure de Roman s’appuieront sur l’instrument à grand champ”, a déclaré Dave Hickey, ingénieur système d’instruments à grand champ au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Beaucoup des objectifs principaux de la mission, comme l’étude de la matière noire et de l’énergie noire, ne seraient pas possibles sans cela, c’est donc à la fois excitant et un immense soulagement de voir que cela fonctionne bien !”
La NASA met à l’épreuve le puissant système de caméra de Roman
Suite à l’activation de l’instrument à large champ en septembre, les ingénieurs ont lancé une campagne de tests complète pour confirmer que chaque composant fonctionnait correctement, seul et en tant que partie du système complet.
Leur première priorité était d’examiner les 18 détecteurs de l’instrument, chacun ayant à peu près la taille d’un post-it, ainsi que l’électronique qui les fait fonctionner. L’équipe a ensuite évalué la roue des éléments, un mécanisme rotatif équipé de filtres et d’autres composants optiques. Ceux-ci permettent à des longueurs d’onde de lumière sélectionnées d’atteindre les détecteurs et peuvent séparer la lumière entrante en ses couleurs individuelles.
Vint ensuite le système d’étalonnage interne de l’instrument. Les ingénieurs ont activé ses diodes électroluminescentes, ou LED, qui fonctionnent comme des sources de lumière réglables pouvant produire différentes couleurs et niveaux de luminosité sous les commandes de la Terre. En mesurant la façon dont les détecteurs réagissent à ces signaux contrôlés, les scientifiques peuvent identifier les différences de sensibilité et apporter les corrections nécessaires à des observations précises.
Les ingénieurs ont également testé le mécanisme d’alignement de l’instrument et l’ont déplacé de la position délibérément floue utilisée lors du lancement vers la position censée fournir les images les plus nettes. Ils ont terminé par vérifier le système de contrôle thermique, qui maintient les températures nécessaires au bon fonctionnement des différents composants de l’instrument.
“Calibrer un instrument, c’est comme accorder un piano ou une guitare avant un concert”, a déclaré Maxime Rizzo, ingénieur systèmes Wide Field Instrument à la NASA Goddard. “Vous ajustez tout jusqu’à ce que vous le souhaitiez, puis laissez les paramètres seuls pour qu’il fonctionne de manière cohérente pendant que vous l’utilisez.”
Un télescope spatial déjà proche d’un alignement parfait
Tandis qu’un groupe se concentrait sur la préparation de l’instrument à grand champ, un autre s’efforçait d’affiner l’alignement optique global du télescope.
Les résultats ont été encourageants dès le début. Les miroirs et autres composants optiques de Roman étaient déjà positionnés avec une précision remarquable, ce qui signifie que les ingénieurs n’ont dû apporter que des corrections mineures.
“Les performances du télescope étaient excellentes avant même que nous commencions à ajuster l’alignement de tous les miroirs et autres optiques, grâce au travail préparatoire exceptionnel effectué au sol avant le lancement”, a déclaré Matthew Bolcar, responsable des systèmes optiques de Roman à la NASA Goddard. “Tous les travaux de test et de modélisation effectués chez Goddard et par les sous-traitants de L3Harris et BAE Space and Mission Systems ne nous ont laissé que de petites corrections à apporter pour que tout soit presque parfaitement aligné.”
Atteindre ce niveau de précision est particulièrement difficile pour un vaisseau spatial. Les forces subies lors du lancement peuvent provoquer de minuscules déplacements dans les équipements sensibles, et les conditions en orbite diffèrent considérablement de celles sur Terre. Roman a été lancé le 30 août, emportant des systèmes optiques minutieusement testés avant de quitter le sol.
“Nos tests au sol n’ont pas pu reproduire exactement l’environnement que Roman connaîtrait dans l’espace, comme l’absence de gravité”, a déclaré Bolcar. “Et il existe également de légères différences dans les variations de température et la teneur en humidité. Malgré ces défis, les évaluations récentes ont montré que nos tests au sol étaient excellents, les deux instruments correspondant ou dépassant les performances que nous avions prédites.”
Un ajustement miroir plus petit qu’un cheveu humain
Roman s’appuie sur un agencement complexe de miroirs et de composants optiques pour collecter la lumière d’objets cosmiques lointains et la diriger vers ses deux instruments scientifiques. Pour que les images obtenues restent nettes, la lumière doit suivre un chemin extrêmement précis.
Même un désalignement microscopique peut affecter la précision avec laquelle le télescope met la lumière au point.
Heureusement, le système optique de Roman était déjà si bien aligné que seuls des mouvements incroyablement petits étaient nécessaires pour améliorer ses performances.
“Nous avons déplacé le miroir secondaire d’environ un seizième du diamètre d’un cheveu humain”, a déclaré Alden Jurling, ingénieur optique principal travaillant sur Roman à la NASA Goddard. “Cet ajustement a poussé la hauteur du miroir secondaire au-dessus du miroir primaire. Si nous augmentons cette hauteur jusqu’à la hauteur de l’Empire State Building, le changement de hauteur est un peu inférieur à celui que vous obtiendriez en empilant un seul centime américain au sommet de la tour.”
Bien qu’il soit presque impossible à apprécier à l’échelle humaine, un si petit ajustement peut faire une différence importante lorsqu’un télescope est conçu pour étudier des objets sur de vastes distances cosmiques.
L’équipe s’est d’abord concentrée sur l’instrument coronagraphe de Roman, qui produisait des images légèrement floues. Le problème était moins grave que ce que les ingénieurs avaient prévu, ce qui le rendait relativement simple à résoudre.
Le coronographe répond désormais aux attentes exigeantes en matière de performances de l’équipe. Les ingénieurs continueront d’affiner les paramètres de sa caméra et de déterminer les configurations optimales pour ses miroirs déformables, qui peuvent changer de forme pour apporter des corrections extrêmement précises à la lumière entrante.
Dans les semaines à venir, l’équipe prévoit de tester la capacité du coronographe à bloquer la lumière indésirable, une capacité essentielle pour observer des objets faibles à proximité d’objets beaucoup plus lumineux.
Une fois la mise au point du coronographe optimisée, les ingénieurs sont revenus à l’instrument à grand champ pour une nouvelle série d’ajustements.
La qualité de l’image de Roman dépasse les attentes de près de 30 %
Les mesures finales ont révélé un résultat particulièrement impressionnant. L’instrument à grand champ de Roman a atteint des performances optiques près de 30 % supérieures à celles prévues par l’équipe.
Avant le lancement, les ingénieurs ont établi une exigence de qualité d’image d’environ 90 nanomètres RMS (Root Mean Square). Cette mesure décrit la quantité d’erreur optique dans le système, ou dans quelle mesure la lumière entrante s’écarte d’un front d’onde idéal et parfaitement focalisé.
Pour mettre cette échelle en perspective, 90 nanomètres sont environ 1 000 fois plus fins qu’un cheveu humain. À ces dimensions minuscules, même des imperfections apparemment insignifiantes peuvent influencer la netteté des images astronomiques.
Cependant, après les dernières corrections, les ingénieurs ont mesuré une erreur optique de seulement 63 nanomètres RMS, bien meilleure que l’exigence initiale.
Cette amélioration signifie que Roman devrait être capable de produire des images encore plus nettes que ce que ses concepteurs attendaient initialement, renforçant ainsi sa capacité à effectuer des observations détaillées sur d’énormes régions du ciel.
“Toutes les images des études cosmiques de Roman seront encore plus nettes que prévu”, a déclaré Jurling. “C’est le résultat d’années de modélisation minutieuse, de métrologie de précision et de tests.”
Les deux instruments scientifiques atteignant ou dépassant leurs performances attendues, Roman a franchi une autre étape importante dans sa préparation aux observations de routine. Les résultats mettent en évidence l’extraordinaire précision de la conception du télescope et offrent des perspectives prometteuses pour ses prochaines recherches sur la structure cachée et l’évolution de l’univers.
