Lentille gravitationnelle
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Les lentilles gravitationnelles déforment l'image que l'on reçoit d'un objet astronomique comme une galaxie.
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[modifier] Origine de la déformation
En observant certaines galaxies ou certains quasars, on assiste quelquefois à de curieux effets optiques : leur image est dédoublée, triplée ou même quintuplée à quelques secondes d'arc de distance ou prennent la forme d'arcs incurvés autour d'un axe central. Ces images multiples sont en tous points en parfaites corrélations. D'après la relativité générale, une distribution de masse, par exemple le Soleil, dévie les rayons lumineux qui passent à proximité. Cela confirme l'existence d'une masse sombre déformante quelque part au centre du champ, entre l'objet et la Terre.
Imaginons que, par hasard, une galaxie proche et un quasar lointain se trouvent alignés sur une même ligne de visée, c'est-à-dire exactement dans la même direction du ciel. La lumière qui nous provient du quasar est alors fortement déviée lors de son passage près de la galaxie. Ainsi par exemple, les rayons lumineux qui passent légèrement au-dessus de la galaxie sont déviés vers le bas et donnent lieu à une image du quasar décalée vers le haut. Par contre, les rayons lumineux qui passent sous la galaxie sont déviés vers le haut et donnent naissance à une image du quasar décalée vers le bas. De cette façon, la galaxie proche, en perturbant la propagation de la lumière du quasar, donne naissance à plusieurs images de celui-ci. Le nombre total d'images est déterminé par la forme de la galaxie et la précision de l'alignement. Parfois, lorsque l'alignement entre les deux objets est parfait, l'image de l'objet lointain peut être modifiée au point de prendre la forme d'un anneau lumineux entourant l'image de l'objet proche.
En plus de multiplier les images du quasar, la galaxie va également concentrer la lumière de celui-ci et donc produire des images bien plus brillantes. Un effet qui est loin d'être négligeable lorsque l'on observe des corps très peu lumineux.
[modifier] Historique
Fritz Zwicky avait prédit en 1937 que les galaxies pouvaient provoquer des effets gravitationnels sur la lumière des sources qu'elles venaient à occulter. Il appliquait les lois de la relativité générale énoncées par Einstein.
Mais il fallut attendre 1979 pour que le premier exemple réel soit observé. L'astronome britannique Dennis Walsh et ses collaborateurs du Kitt Peak caressaient le désir obscur d'identifier optiquement des radiosources. Le 29 mars ils observèrent deux images d'un quasar baptisé Q0957+561A-B. Les deux objets séparés de 6" étaient de magnitude 17,5 et présentaient rigoureusement le même spectre, avec un décalage vers le rouge de 1,407. Walsh supposa qu'il s'agissait de l'image dédoublée d'un quasar unique. Des observations ultérieures le confirmèrent et montrèrent que la lentille gravitationnelle était dans ce cas constituée par une galaxie elliptique géante quatre fois plus proche de nous que le quasar. Depuis cette époque, des dizaines d'images multiples de quasars ont été découvertes, avec deux, trois ou quatre composantes.
En 1988, les radioastronomes du VLA ont découvert une lentille gravitationnelle en forme d'anneau, MG 1131+0456, conforme à la théorie. Cet objet fut baptisé « l'anneau d'Einstein » en sa mémoire. Il s'agit probablement de l'image d'un quasar déformée par une galaxie naine invisible située à l'avant-plan. Dans le cas contraire, les physiciens devront expliquer la réalité de sa forme.
En 1995, par exemple, le télescope spatial Hubble révéla l'exemple très impressionnant de l'amas de galaxies Abel 2218 qui produit des images multiples de toute une population de galaxies lointaines et donne naissance à plus de 120 arcs lumineux.
[modifier] Constante de Hubble
L'étude des lentilles gravitationnelles permet aux astrophysiciens relativistes d'évaluer la distribution de matière dans l'univers et de calculer sa masse. Si de tels observations se répètent, il sera possible de déterminer la courbure de l'univers et de fixer avec précision la constante de Hubble.
Les rayons lumineux qui contournent la lentille par différents côtés suivent des trajectoires qui ne sont pas identiques et n'ont généralement pas la même longueur. Ainsi, le temps mis par la lumière pour nous atteindre diffère selon l'image que nous observons. Pour cette raison, si le quasar subit une brusque variation de luminosité, ses différentes images ne répercutent pas le changement de façon simultanée, mais à des moments bien distincts dans le temps.
C'est la mesure de ce type de décalage qui peut nous conduire à la constante de Hubble. L'analyse du phénomène montre en effet que le délai entre le changement de luminosité des différentes images est inversement proportionnel à H0 et dépend très peu des autres paramètres cosmologiques. S'il était possible de mesurer un tel délai, nous pourrions donc remonter à H0 et obtenir une évaluation indépendante de cette constante.
D'ores et déjà C. Vanderriest a fixé une limite supérieure, H < 175 km/s/Mpc. L'avenir permettra certainement de réduire cette incertitude
[modifier] Articles connexes
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