Que diriez-vous de quatre supernovae pour le prix d'un? À l'aide du télescope spatial Hubble, le Dr Patrick Kelly de l'Université de Californie à Berkeley ainsi que les équipes GLASS (Grism Lens Amplified Survey from Space) et Hubble Frontier Fields,découvert une supernova distante cristallisée en quatre exemplaires d'elle-même par la puissante gravité d'un amas de galaxies de premier plan. Surnommé SN Refsdal, l'objet a été découvert dans l'amas de galaxies richesMACS J1149.6 + 2223 cinq milliards d'années-lumière de la Terre dans la constellation du Lion. C'est la première supernova à lentilles multiples à chaque découverte et l'un des mirages les plus exotiques de la nature.
La lentille gravitationnelle est née de la Théorie de la relativitédans lequel il a prédit que des objets massifs se plieraient et déformeraient le tissu de espace-temps. Plus l'objet est massif, plus la flexion est sévère. Nous pouvons imaginer cela en imaginant un enfant debout sur un trampoline, son poids appuyant une fossette dans le tissu. Remplacez l'enfant par un adulte de 200 livres et la surface du trampoline s'affaisse encore plus.
De même, le Soleil massif crée une fossette profonde mais invisible dans le tissu de l'espace-temps. Les planètes ressentent cette «courbure de l’espace» et roulent littéralement vers le Soleil. Seul leur mouvement latéral ou leur élan angulaire les empêche de tomber directement dans l'enfer solaire.
L'espace incurvé créé par des objets massifs plie également les rayons lumineux. Einstein a prédit que la lumière d'une étoile passant près du Soleil ou d'un autre objet massif suivrait ce paysage spatial incurvé invisible et serait déviée d'un chemin par ailleurs droit. En effet, l'objet agit comme une lentille, en pliant et en recentrant la lumière de la source distante sur une image plus lumineuse ou des images multiples et déformées. Également connu sous le nom de déviation de la lumière des étoiles, nous l'appelons aujourd'hui lentille gravitationnelle.
Simulation de l'espace-temps déformé autour d'un amas de galaxies massives au fil du temps
Il s'avère qu'il y a beaucoup de ces lentilles gravitationnelles sous la forme d'amas massifs de galaxies. Ils contiennent de la matière régulière ainsi que de grandes quantités de matière noire encore mystérieuse qui constituent 96% des matières de l'univers. Les amas de galaxies riches agissent comme des télescopes - leur masse énorme et leur gravité puissante magnifient et intensifient la lumière des galaxies des milliards d'années-lumière au-delà, rendant visible ce qui ne serait autrement jamais vu.
Revenons à SN Refsdal, du nom de Sjur Refsdal, un astrophysicien norvégien qui a fait ses premiers travaux dans le domaine des lentilles gravitationnelles. Une galaxie elliptique massive dans le cluster MACS J1149 «cristallise» la supernova distante de 9,4 milliards d'années-lumière et sa galaxie spirale hôte de l'obscurité de fond aux feux de la rampe. La gravité puissante de l'elliptique ayant fait un excellent travail de distorsion de l'espace-temps pour faire apparaître la supernova déforme également la forme de la galaxie hôte et divise la supernova en quatre images distinctes, de même luminosité. Pour créer une symétrie aussi nette, SN Refsdal doit être précisément aligné derrière le centre de la galaxie.
Le scénario ici présente une ressemblance frappante avec Croix d'Einstein, un quasar à lentilles gravitationnelles, où la lumière d'un quasar distant a été divisée en quatre images disposées autour de la galaxie de lentilles de premier plan. Les images du quasar scintillent ou changent de luminosité au fil du temps microlentille par le passage d'étoiles individuelles dans la galaxie. Chaque étoile agit comme une lentille plus petite à l'intérieur de la lentille principale.
Des images couleur détaillées prises par les groupes GLASS et Hubble Frontier Fields montrent que la galaxie hôte de la supernova est également multipliée par la gravité du groupe de galaxies. Selon eux article récent, Kelly et son équipe travaillent toujours pour obtenir des spectres de la supernova afin de déterminer si elle résulte de l'incendie et de l'explosion incontrôlés d'une étoile naine blanche (Type Ia) ou de l'effondrement cataclysmique et du rebond d'une étoile supergéante qui a manqué de carburant (Type II).
Le temps nécessaire à la lumière pour se rendre sur Terre à partir de chacune des images lentillées est différent, car chacun suit un chemin légèrement différent autour du centre de la galaxie lenticulaire. Certains chemins sont plus courts, d'autres plus longs. En chronométrant variations de luminosité entre les images individuelles, l'équipe espère fournir des contraintes non seulement sur la distribution de la matière brillante par rapport à la matière noire dans la galaxie cristallinienne et dans l'amas, mais utiliser ces informations pour déterminer le taux d'expansion de l'univers.
Vous pouvez tirer beaucoup d'un mirage cosmique!
