Cet ancien satellite espion pourrait résoudre les plus grands mystères de l'Univers

Quelque part dans le Maryland, sous la voûte vertigineuse d'un bâtiment de haute sécurité de la NASA, un immense télescope spatial gît sur son flanc, carcasse intimidante à la robe métallique parsemée de noir d'obsidienne. Son miroir argenté repose à l'abri des regards, sous un voile protecteur, et ses panneaux solaires, constellés de milliers de cellules assoiffées de lumière, sont repliés sur son corps, tels les pétales d'une fleur à la tombée de la nuit.

Quelques dizaines de techniciens s'affairent autour de la structure, l'écho de leurs voix ricochant sur les parois colossales de la grotte d'acier. Certains se hissent au plus près de l'observatoire à bord de chariots élévateurs pour inspecter le robuste châssis blanc qui l'entoure. « Des opérations à risque vont débuter », annonce un responsable au groupe, et le bourdonnement des machines ne tarde pas à descendre du haut de la salle.

En ce mois de juin au Goddard Space Flight Center de la NASA, l'équipe prépare le nouveau télescope spatial Nancy Grace Roman en vue de son expédition vers la Floride et ses rivages bordés de palmiers, où il s'en ira rejoindre la voûte céleste à bord de la puissante fusée Falcon Heavy de SpaceX. Une grue géante glisse à travers le plafond, en suivant le joystick actionné depuis le sol par un technicien. Le mécanisme se place en position puis amorce sa descente, le grappin de l'espace s'approche de sa récompense : un jouet de 9 tonnes à 4,3 milliards de dollars. « Je suis toujours à cran pendant ce genre de manœuvre », me confie Tim Aland, responsable adjoint aux tests et à l'intégration de l'observatoire.

Lancé le 30 août 2026 conformément aux plans de la NASA, le télescope Roman est le dernier-né des grandes missions d'astrophysique de l'agence spatiale américaine. Lorsqu'il atteindra son lointain refuge, à 1,5 million de kilomètres de la Terre, Roman immortalisera de vastes pans de l'univers avec une vitesse et une sensibilité sans précédent. D'après Nicola Fox, administratrice associée de la Direction des missions scientifiques de la NASA, le volume de données transmis par le télescope sera suffisant pour remplir « une hypothétique pile d'articles scientifiques pouvant atteindre la Lune. »

Au cours de ses cinq premières années, Roman observera des centaines de millions de galaxies et les innombrables étoiles qui les composent, ainsi que plusieurs centaines de millions d'étoiles dans notre propre galaxie, la Voie lactée. Ces points de données flamboyants, aussi énormes que fascinants individuellement, serviront collectivement aux scientifiques à étudier les composants invisibles de l'univers, à savoir la matière noire et l'énergie sombre, qui constituent deux des plus grands mystères de la science. Ces éléments, qui représentent environ 95 % de la composition de l'univers, détiennent également les clés de notre compréhension de ses origines et de sa destinée. Les astronomes analyseront par ailleurs la lumière des étoiles de notre galaxie à la recherche d'exoplanètes, en ajoutant de nouvelles prétendantes au catalogue actuel par dizaine de milliers.

Pour le moment, Roman attend son heure dans la salle blanche, la plus grande du genre à travers le monde, conçue pour protéger de toute contamination humaine le matériel en partance pour l'espace. Des pieds à la tête, je porte la même tenue que tous ceux qui m'entourent : masque, charlotte, combinaison en tissu blanc, surchaussure double, gants bleus en latex scotchés aux poignets et capuche dont la forme évoque étrangement celle d'un chamallow. Le téléphone est proscrit, mais les responsables de la mission m'ont autorisée à apporter le mien, à condition qu'il reste en mode avion et ne me serve que de dictaphone.

Sous cet accoutrement, seuls nos yeux restent visibles, tous rivés sur le mécanisme de la grue qui empoigne le châssis autour du télescope. L'objectif est de soulever l'observatoire pour le déposer sur la partie inférieure d'un conteneur de transport, sorte de salle blanche miniature climatisée. Les techniciens ont déjà manipulé Roman de nombreuses fois pendant l'assemblage et les tests, mais ils n'ont jamais effectué cette manœuvre précise avec le télescope.

« Si je m'étrangle, c'est l'émotion », lâche Mark Melton, l'ingénieur en chef qui a vu naître Roman sur les diapositives d'une présentation PowerPoint, en admirant le fruit de son travail suspendu à la grue. Dans l'ombre du télescope, les techniciens ont des airs de petits extraterrestres venus apporter la dernière touche aux préparatifs de leur céleste création. Reculez encore un peu, et vous découvrirez les membres d'une civilisation qui a récemment pris goût à l'aventure spatiale, vivant dans l'un des bras pailletés de leur galaxie spirale, impatients à l'idée d'explorer les contrées qui s'étalent au-delà des nuages de leur belle bille bleue.

Avec son miroir principal, un élégant disque de verre de 2,4 mètres de diamètre, le télescope Roman est longtemps resté à l'abandon dans un entrepôt de l'État de New York, où personne n'était censé être informé de son existence. Il appartenait au National Reconnaissance Office, l'agence de renseignement responsable des satellites-espions américains, qui le destinait à une errance clandestine en orbite, le regard braqué en permanence sur la Terre. Face aux écarts budgétaires et au retard accumulé par le sous-traitant du programme d'imagerie satellite, l'initiative a finalement été annulée en 2005. La dépouille du satellite a sombré dans l'oubli jusqu'en 2011, lorsque l'agence de renseignement décida d'en faire don à la NASA.

À l'époque, le télescope spatial Hubble enchaînait encore les découvertes après deux décennies en orbite et les techniciens travaillaient sur les miroirs du télescope spatial James Webb, lancé en 2021. Malgré tout, les scientifiques œuvraient déjà à la conception d'un nouvel observatoire. Loin d'être du genre à examiner les dents d'un télescope donné, l'agence spatiale américaine accepta le matériel-espion et se pencha sur sa reconfiguration.

« Il y avait beaucoup d'enthousiasme à ce sujet », se souvient John Grunsfeld, physicien de formation, astronaute à la retraite et ancien responsable de la NASA qui a notamment supervisé la reconversion du satellite. Néanmoins, certains avaient du mal à envisager l'adaptation de la technologie pour un objectif radicalement différent, poursuit Grunsfeld, notamment les ingénieurs qui auraient préféré construire un nouvel engin de toute pièce, selon leurs propres choix de conception, au lieu de bricoler un télescope de seconde main. « Il y a eu quelques défis », témoigne-t-il. Le miroir-espion a été débarrassé de son revêtement original, le verre a été remanié et finement poli pour atteindre la prescription nécessaire à l'observation de l'univers. Les éléments optiques ont ensuite fait l'objet de tests rigoureux aux températures les plus froides qu'ils devraient endurer pendant la mise en service du télescope.

La mission porte le nom de la première directrice du département d'astronomie de la NASA, Nancy Grace Roman, qui fut également la première femme à occuper un poste de direction au sein de l'agence spatiale. Nancy Roman a étudié l'astronomie dans les années 1940, allant jusqu'à décrocher un doctorat dans le domaine en dépit de la discrimination de genre qui gangrénait l'époque. « Dès le départ, on m'a dit que les femmes ne pouvaient pas devenir scientifiques », racontera-t-elle plus tard. En 1959, un employé de la NASA demanda à la scientifique, qui étudiait alors les propriétés des étoiles de la Voie lactée, si elle connaissait une personne qui accepterait de créer un département d'astronomie au sein de l'agence, fondée quelques mois plus tôt. Elle se proposa et occupa le poste durant 20 ans.

Disparue en 2018, Nancy Roman avait notamment contribué à la création du télescope Hubble en réunissant un comité d'astronomes et d'ingénieurs afin d'imaginer le télescope idéal, avant de passer plusieurs années à solliciter les législateurs du Congrès des États-Unis pour obtenir son financement. Hubble a révélé un univers pétillant de galaxies, mais les plus lointaines se situent au-delà de sa plage d'observation, dissimulées dans l'infrarouge que le télescope était bien incapable de sonder. Même si Webb peut quant à lui scruter au plus profond de l'infrarouge pour dénicher les plus anciennes galaxies, son champ de vision est nettement plus restreint. Roman comblera l'écart entre ses deux prédécesseurs : sa vision sera extraordinairement large, environ cent fois plus que celle du télescope Hubble, et il pourra observer à la fois la lumière visible et le proche infrarouge. D'après les scientifiques, ces caractéristiques font de Roman le candidat idéal pour étudier l'histoire de l'univers, de son intrigante genèse à son hypothétique fin.

Après quinze années de travail acharné, l'héritier de la mémoire de Nancy Roman va bientôt s’élancer dans le vide.

La manipulation et l'expédition des colis spatiaux ne sont pas des processus effectués à la hâte… et il nécessite une généreuse dose d'huile de coude. Avant le moindre mouvement de Roman, les techniciens du Goddard Space Center doivent séparer l'observatoire de son support sur le sol de la salle blanche en dévissant les 192 boulons qui relient les deux éléments. Les voilà donc à l'œuvre, armés de clés surdimensionnées, laissant de temps à autre échapper un léger couinement qui me rappelle le staccato des aboiements d'un chihuahua. À moins de quelques dizaines de centimètres du télescope, les techniciens déroulent un cordon spiralé de leur combinaison et l'accrochent à un câble qui serpente autour de l'observatoire, afin d'évacuer l'électricité statique de leur corps. « Vous voyez le petit choc électrique que vous ressentez en touchant une poignée de porte en hiver, si vous le ressentez ici, vous aurez détruit l'électronique de la sonde spatiale », résume Missie Vess, ingénieur des systèmes du télescope pour la mission.

Melton, Vess et moi-même nous trouvons à présent sur la mezzanine de la salle blanche, en surplomb de l'action. Après quelques heures de coups de clés méthodiques, une tâche qui ne saurait tolérer la précipitation, l'équipe fait face à un problème. À mesure qu’elle procédait au desserrage des boulons, la répartition du poids de Roman a changé sous la grue, inclinant très légèrement le télescope. « Il n'est pas tout à fait de niveau », indique Melton, et les deux dernières goupilles sont désormais bloquées. Leur retrait doit se faire sans accroc ; le moindre excès de force risquerait d'érafler le matériel et de contaminer la machinerie.

Ni une ni deux, les techniciens commencent à tirer sur de longues cordes pendues de part et d'autre du télescope, exploitant à leur avantage un système de poulie. Entre chaque effort, ils s'arrêtent pour vérifier l'alignement de Roman. Nous assistons à une démonstration délicieusement désuète des principes de la physique, un scénario mécanique élémentaire que les mathématiciens ont résolu il y a bien longtemps. Nous sommes à des années-lumière de la physique qui tient en haleine les théoriciens de l'astrophysique, des questions existentielles, mystérieuses et insaisissables que Roman contribuera bientôt à démêler.

Nous sommes entourés de matière noire. Ou du moins, nous devons l'être, pour donner raison aux modèles de l'univers établis par les physiciens, même si nous n'avons jamais observé directement la substance, même si nous ignorons tout de sa composition.

Les astronomes ont d'abord soupçonné l'existence de la matière noire dans les années 1930, avant d'en être convaincus par des observations clés dans les années 1970 ; partout où ils posaient les yeux, les galaxies semblaient défier les règles établies de la masse et de la gravité, en restant intactes là où elles auraient dû se déchirer. Les scientifiques ont déterminé que si cette étrange forme de matière ne reflète et n'émet aucune lumière, elle possède tout de même une gravité, qu'elle exerce pour assembler les gaz et la poussière cosmiques en étoiles, en galaxies et en amas complexes de galaxies. La matière noire « est à l'origine de toutes les structures de l'univers qui nous entoure », déclare Dominic Benford, astrophysicien et scientifique de programme pour la mission Roman. Elle a ensuite donné naissance « aux systèmes stellaires et à leurs planètes, aux chats et aux chiens, et à tout le reste », résume-t-il. 

Les chercheurs pensent que l'univers contient bien plus de matière noire que de matière ordinaire. Depuis des décennies, ils multiplient les théories à son sujet, esquissent d'hypothétiques particules de matière noire et conduisent de folles expériences pour les attraper. La mission Roman arrive à un point fascinant du débat, témoigne Priya Natarajan, astrophysicienne théoricienne à l'université Yale. « Nous n'avons pas trouvé la particule et rien n'indique que nous sommes sur le point de le faire », constate-t-elle. « La situation est très embrumée, mais c'est une brume qui exige d'aller vers quelque chose de nouveau. »

Les principaux candidats, à savoir les WIMP, ou Weakly Interacting Massive Particles (particule massive interagissant faiblement), sont toujours dans la course, mais les chercheurs ont récemment commencé à explorer sérieusement d'autres pistes, comme les axions, ces particules censées se métamorphoser en minuscules unités de lumière sous l'action de champs électromagnétiques extrêmes, ou les trous noirs primordiaux, qui se seraient formés aux prémices de l'univers.

Afin de mettre à l'épreuve ces différents modèles, Roman observera un phénomène connu sous le nom de lentille gravitationnelle forte, qui survient lorsque la gravité d'une galaxie dans notre ligne de vision courbe la trajectoire de la lumière stellaire émise par une galaxie d'arrière-plan, ce qui produit des images déformées de cette seconde galaxie. Les scientifiques peuvent analyser la lumière affectée à la recherche de petites distorsions causées par des amas de matière noire, ce qui leur permet de déduire la structure potentielle de la matière invisible entre les deux galaxies.

Roman devrait nous révéler plusieurs centaines d'occurrences de cette distorsion galactique de la lumière à travers les temps cosmiques. « Cela va transformer la discipline », assure Natarajan. Les astronomes ne vont pas tomber par hasard sur la particule de matière noire en personne, précise-t-elle, mais ils devraient ressortir plus confiants que jamais quant à la direction de leurs recherches.

Astrophysicien théoricien au sein de l'université du Texas à Dallas, Mustapha Ishak-Boushaki s'attend également à une révolution dans l'étude de l'énergie noire, une force fantôme à l'influence majeure sur le destin de l'univers. Il y a plus d'un siècle, des astronomes étudiant la lueur de lointaines galaxies ont réalisé que ces systèmes célestes s'éloignaient de notre chère planète. Plus ils s'éloignaient, plus ils semblaient se déplacer rapidement, ce qui a poussé les chercheurs à conclure que l'espace-temps lui-même s'étirait au fil du temps.

En 1998, alors qu'ils essayaient de mesurer cette expansion, des chercheurs ont découvert qu'elle s'accélérait, surprenant au passage l'ensemble de la communauté scientifique. « On pensait qu'elle ralentirait, comme une balle que l'on jette en l'air », témoigne Ishak-Boushaki. « Elle va monter, monter, monter ; puis ralentir, s'arrêter ; et enfin redescendre à cause de la gravité. » Au lieu de cela, une force invisible accélérait le gonflement de l'univers, une force qui pourrait à terme le conduire à une existence lugubre, déserte.

L'histoire a toutefois connu un virage théâtral l'année dernière, lorsque des astronomes ont apporté de solides preuves suggérant que l'énergie noire, longtemps considérée comme une force constante et immuable, serait en fait un phénomène dynamique, capable d'évoluer avec le temps. D'après Ishak-Boushaki, le recensement de milliers d'explosions stellaires effectué par Roman pourrait contribuer à confirmer ce résultat et peut-être nous orienter vers une tout autre destinée cosmique : l'arrêt de cette expansion débridée, qui laisserait un univers stable, ou son inversion, qui le réduirait à une silencieuse singularité.

Et si l'énergie sombre n'existait pas du tout ? Dans cet autre revirement de situation, les effets attribués à l'énergie sombre par les scientifiques pourraient être ceux de forces gravitationnelles dont ils n'ont pas encore fait la découverte. Pour évaluer ce scénario, les scientifiques utiliseront le grand angle de Roman afin d'observer de multiples amas de galaxies et d'élargir notre compréhension de l'échafaudage cosmique. « À ces grandes échelles, il est possible que la gravité se comporte différemment », suggère Ishak-Boushaki.

Au Goddard Space Flight Center, les forces de la nature ont fini par entendre raison en lâchant leur prise sur les derniers écrous. Roman est désormais libre de s'envoler, sans toutefois s'affranchir de la grue… pour le moment. Il traverse la pièce dans un calme presque surnaturel, comme s'il glissait sur un cours d'eau invisible, fixé par un banc de regards désincarnés. Autour de moi, sous l'effet de l'émotion et peut-être de la folie après plus de six heures passées debout à scruter la scène, Melton et les autres ingénieurs se surprennent à entonner la grandiose mélodie imaginée par Richard Strauss et rendue célèbre par Stanley Kubrick dans son chef-d'œuvre du grand écran 2001, l'Odyssée de l'espace, un air annonciateur de débuts tonitruants.

L'instant marque le lancement de plus d'une ambition. Roman embarque les germes d'une idée pour la prochaine grande mission d'astrophysique. En plus de ses principaux instruments scientifiques, l'observatoire transporte un système expérimental unique en son genre destiné à photographier directement les exoplanètes, ces planètes qui orbitent d'autres étoiles. Le coronographe, c'est son nom, est un assortiment complexe de masques, de prismes et de miroirs dont l'intérêt réside dans la suppression de la lueur éblouissante d'une étoile afin de capturer uniquement la lumière réfléchie par les planètes qui l'entourent, un défi technique colossal à plusieurs années-lumière de distance.

En guise d'entraînement, l'instrument ciblera tout d'abord des objets déjà découverts. « Les planètes dont nous souhaitons obtenir des images sont un milliard de fois moins lumineuses que leurs étoiles », indique Jason Wang, astronome au sein de l'université Northwestern, spécialiste des techniques d'imagerie des exoplanètes. « Un soupçon de lueur résiduelle de l'étoile suffirait à effacer toute trace visible de ces planètes. » 

Le coronographe ne sera pas le seul instrument mis à profit par Roman dans sa quête de nouvelles planètes. Les chercheurs s'attendent à ce qu'il découvre près de 100 000 exoplanètes entre la Terre et le centre de la galaxie en exploitant une excentricité de la gravité pour détecter le mouvement de planètes autour des étoiles. Quoi qu'il en soit, tout comme Hubble ou Webb, Roman ne pourra pas identifier de véritable jumelle de la Terre : une exoplanète rocheuse de notre taille, évoluant dans la zone habitable de son étoile. De tels objets sont « comme des lucioles devant un projecteur », illustre Grant Tremblay, astrophysicien au sein du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

L'objectif des ingénieurs est donc d'évaluer la performance du coronographe de Roman pour mettre au point le prochain grand télescope, Habitable Worlds Observatory, dont le lancement est prévu pour les années 2040. Cette mission cherchera des analogues de la Terre autour d'étoiles comparables au Soleil, en utilisant les caractéristiques de notre planète pour identifier d'éventuels signes de vie dans leurs atmosphères. Pour capter la lumière traversant l'atmosphère d'une autre planète, il faut un télescope capable de rester presque immobile, sans aucune secousse qui risquerait de troubler ses observations, comme nous l'explique Tremblay. Les télescopes subissent des vibrations dues au ronronnement de leurs systèmes internes et, même dans l'espace, il peut leur arriver de sursauter, bousculés par le souffle délicat du vent solaire. « Pour certains ingénieurs, il n'existe aucune solution à ce problème, mais d'autres se montrent plus optimistes », poursuit Tremblay. Il serait par exemple possible de scinder en deux l'observatoire en orbite, ce qui permettrait au télescope de procéder en toute tranquillité à ses observations avant de se reconnecter au reste de l'engin spatial.

La NASA prévoit d'évaluer la faisabilité des différents concepts avant la fin de la décennie, alors que Roman aura dépassé l'orbite de la Lune. Le dernier-né des scénarios envisage un budget de 11 milliards de dollars, avec un lancement en 2045, mais nos ambitions extraterrestres sont soumises aux aléas de circonstances plus terre à terre, comme les finances ou la politique. La mission Roman a elle-même frôlé l'annulation par l'administration Trump à plusieurs reprises, notamment l'année dernière, mais le Congrès des États-Unis a continué d'allouer des fonds au programme. L'actuel administrateur de la NASA, Jared Isaacman, a fait part de son souhait d'accélérer le calendrier de l'Habitable Worlds Observatory et a émis l'idée de lancer une série de missions de préparation plus petites. Quant à Nicola Fox de la Direction des missions scientifiques, elle a informé les journalistes au printemps que son département « n'avait pas l'intention de déployer aujourd'hui des efforts pour un lancement prévu dans les années 2040 » et a déclaré qu'elle refuserait le financement d'une mission avec un tel budget. Et si un nouveau satellite gratuit venait faire pencher la balance ? Le National Reconnaissance Office a fait don à l'agence spatiale de deux autres satellites inutilisés, mais « la NASA ne dispose actuellement d'aucun plan pour ces nouvelles donations », indique Claire Andreoli, porte-parole de la NASA.

Alors oui, Roman ne trouvera pas de jumelle de la Terre, mais en attendant le développement du prochain observatoire, les scientifiques devraient au moins avoir l'occasion de répondre à quelques-unes des questions existentielles sur l'univers, tout en ajoutant de nouvelles interrogations à la liste. À l'instar des grandes missions qui l'ont précédé, il est fort probable que Roman fasse une découverte à laquelle personne n'avait pensé.

Au cœur de la salle blanche, les techniciens immobilisent Roman dans sa nouvelle configuration sur la partie inférieure du conteneur de transport. Ils procéderont à la suite des opérations de conditionnement un autre jour. « Ils doivent être un peu grognons et affamés, c'est humain », plaisante Bear Witherspoon, l'ingénieur en chef des systèmes de la charge utile. Dans les semaines qui suivront, ils escorteront Roman en dehors du centre Goddard, le déposeront sur une barge du port de Baltimore et le remorqueront jusqu'en Floride, où il sera le centre de toutes les attentions avant son lancement. Pour l'heure, les petits hommes blancs n'ont qu'une idée en tête : s'extirper de cette encombrante combinaison et sortir, retrouver la chaleur familière de leur étoile.