Hubble observe l’image d’une galaxie reproduite 12 fois par un effet de lentille gravitationnelle

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Hubble a permis d'observer un spectaculaire effet de lentille gravitationnelle fort. Il concerne un amas de galaxies situé à environ 4,6 milliards d'années-lumière de la Voie lactée dont le champ de gravitation a démultiplié 12 fois l'image d'une galaxie située, elle, à environ 11 milliards d'années-lumière de notre Galaxie. Le phénomène de lentille gravitationnelle a été théorisé en 1936 par Albert Einstein sur la suggestion d'un amateur, et Einstein ne pensait pas que l'on puisse un jour l'observer. Cet effet découle du fait que l'existence d'un espace-temps courbé par la matière peut se manifester sur la trajectoire des rayons lumineux d'une manière équivalente à l'introduction d'un indice variable dépendant de la masse du corps, dont le champ de gravitation dévie les rayons lumineux. On peut donc s'attendre à ce qu'une concentration suffisamment importante de matière agisse sur la lumière provenant d'une étoile, ou d'une galaxie, à la manière dont le ferait l'introduction d'une lentille ou tout du moins d'un dioptre.

L'Arc Sunburst vu par Hubble. © ESA/Hubble, Nasa, Rivera-Thorsen et al.

L'astrophysicien d'origine suisse Fritz Zwicky avait proposé, dès 1937, que des amas de galaxies puissent produire un effet de lentille gravitationnelle, éventuellement observable dans un futur proche. Il faudra pourtant attendre 1979, avec l'observation du quasar double QSO 0957+561, pour voir cette prédiction confirmée pour la toute première fois.

Aujourd'hui, Hubble observe l'effet de lentille sur une galaxie qui donne lieu à ce qui est appelé l'Arc Sunburst. Douze images de la galaxie sont réparties sur quatre arcs principaux et sa luminosité est multipliée de 10 à 30 fois avec des détails visualisés par Hubble dont la résolution est de l'ordre de 520 années-lumière. Les astrophysiciens peuvent de cette façon observer des galaxies d'ordinaire trop peu lumineuses ou trop difficiles à résoudre alors que l'univers observable avait moins de quelques milliards d'années d'existence depuis le Big bang. Dans le cas de l'Arc Sunburst, on obtient des renseignements sur des phénomènes qui ont permis la fameuse réionisation de l'univers, lorsque les premières étoiles se sont formées et qu'elles ont commencé à émettre les photons UV à haute énergie, nécessaires à l'ionisation de l'hydrogène neutre apparu lors de l'émission du rayonnement fossile.

Cette image, prise avec le télescope spatial Hubble Nasa-ESA, montre un gigantesque amas de galaxies situé à environ 4,6 milliards d'années-lumière. Le long de ses frontières, quatre arcs lumineux sont visibles. Ce sont des copies de la même galaxie lointaine surnommée Arc Sunburst. La galaxie Sunburst Arc est à près de 11 milliards d’années-lumière. Trois arcs sont visibles en haut à droite de l'image, le quatrième en bas à gauche. Le dernier est partiellement masqué par une étoile brillante au premier plan, située dans la Voie lactée. © ESA, Hubble, Nasa, Rivera-Thorsen et al.
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