Crédit d'image: ESO
Les astronomes de l'Observatoire européen austral ont découvert une très rare lentille gravitationnelle «anneau d'Einstein», où la lumière d'un quasar éloigné est déformée et grossie par la gravité d'une galaxie plus proche. Les deux objets sont si étroitement alignés que l'image du quasar forme un anneau autour de la galaxie depuis notre point de vue ici sur Terre. Grâce à des mesures minutieuses, l'équipe a pu déterminer que le quasar est à 6,3 milliards d'années-lumière et que la galaxie n'est qu'à 3,5 milliards d'années-lumière, ce qui en fait la lentille gravitationnelle la plus proche jamais découverte.
En utilisant le télescope ESO de 3,6 m à La Silla (Chili), une équipe internationale d'astronomes [1] a découvert un mirage cosmique complexe dans la constellation du sud du cratère (The Cup). Ce système de «lentilles gravitationnelles» comprend (au moins) quatre images du même quasar ainsi qu'une image en forme d'anneau de la galaxie dans laquelle réside le quasar - connue sous le nom d '«anneau d'Einstein». La galaxie cristalline la plus proche qui provoque cette illusion d'optique intrigante est également bien visible.
L'équipe a obtenu les spectres de ces objets avec la nouvelle caméra EMMI montée sur le télescope ESO 3,5 m de nouvelle technologie (NTT), également à l'observatoire de La Silla. Ils constatent que le quasar lentillé [2] est situé à une distance de 6 300 millions d'années-lumière (son «redshift» est z = 0,66 [3]) tandis que la galaxie elliptique lenticulaire est grossièrement à mi-chemin entre le quasar et nous, à une distance de 3 500 millions d'années-lumière (z = 0,3).
Le système a été désigné RXS J1131-1231 - c'est le quasar à lentille gravitationnelle le plus proche découvert à ce jour.
Mirages cosmiques
Le principe physique derrière une «lentille gravitationnelle» (également connu sous le nom de «mirage cosmique») est connu depuis 1916 comme une conséquence de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Le champ gravitationnel d'un objet massif courbe la géométrie locale de l'Univers, de sorte que les rayons lumineux passant près de l'objet sont courbés (comme une «ligne droite» à la surface de la Terre est nécessairement incurvée en raison de la courbure de la surface de la Terre) .
Cet effet a été observé pour la première fois par des astronomes en 1919 lors d'une éclipse solaire totale. Des mesures positionnelles précises des étoiles vues dans le ciel sombre près du Soleil éclipsé indiquaient un déplacement apparent dans la direction opposée au Soleil, à peu près autant que prévu par la théorie d'Einstein. L'effet est dû à l'attraction gravitationnelle des photons stellaires lorsqu'ils passent près du Soleil en route vers nous. C'était une confirmation directe d'un phénomène entièrement nouveau et cela représentait un jalon en physique.
Dans les années 1930, l'astronome Fritz Zwicky (1898-1974), de nationalité suisse et travaillant à l'Observatoire du Mont Wilson en Californie, a réalisé que le même effet pouvait également se produire loin dans l'espace où les galaxies et les grands amas de galaxies pouvaient être suffisamment compacts et massifs. pour plier la lumière d'objets encore plus éloignés. Cependant, ce n'est que cinq décennies plus tard, en 1979, que ses idées ont été confirmées par l'observation lorsque le premier exemple d'un mirage cosmique a été découvert (comme deux images du même quasar lointain).
Les mirages cosmiques sont généralement considérés comme de multiples images d'un même quasar [2], cristallisées par une galaxie située entre le quasar et nous. Le nombre et la forme des images du quasar dépendent des positions relatives du quasar, de la galaxie cristalline et de nous. De plus, si l'alignement était parfait, nous verrions également une image en forme d'anneau autour de l'objet de lentille. De tels «anneaux d'Einstein» sont cependant très rares et n'ont été observés que dans très peu de cas.
Un autre intérêt particulier de l'effet de lentille gravitationnelle est qu'il peut non seulement entraîner des images doubles ou multiples du même objet, mais également que la luminosité de ces images augmente de manière significative, tout comme cela se produit avec une lentille optique ordinaire. Les galaxies et amas de galaxies éloignées peuvent ainsi agir comme des «télescopes naturels» qui nous permettent d'observer des objets plus éloignés qui auraient autrement été trop faibles pour être détectés avec les télescopes astronomiques actuellement disponibles.
Les techniques de netteté d'image résolvent mieux le mirage cosmique
Une nouvelle lentille gravitationnelle, désignée RXS J1131-1231, a été découverte fortuitement en mai 2002 par Dominique Sluse, alors doctorant à l'ESO au Chili, tout en inspectant des images de quasars prises avec le télescope ESO de 3,6 m à l'observatoire de La Silla. La découverte de ce système a profité des bonnes conditions d'observation qui prévalaient au moment des observations. À partir d'une simple inspection visuelle de ces images, Sluse a provisoirement conclu que le système avait quatre composantes en forme d'étoile (les images quasar à lentilles) et une composante diffuse (la galaxie à lentilles).
En raison de la très petite séparation entre les composants, de l'ordre d'une seconde d'arc ou moins, et de l'effet de «flou» inévitable causé par la turbulence dans l'atmosphère terrestre («voir»), les astronomes ont utilisé un logiciel sophistiqué de netteté d'image pour produire des images plus nettes. -des images de résolution sur lesquelles des mesures précises de la luminosité et de la position pourraient alors être effectuées (voir aussi ESO PR 09/97). Cette technique dite de «déconvolution» permet de mieux visualiser ce système complexe et notamment de confirmer et de rendre plus visible l'anneau d'Einstein associé, cf. Photo PR 20a / 03.
Identification de la source et de la lentille
L'équipe d'astronomes [1] a ensuite utilisé le télescope ESO de 3,5 m de nouvelle technologie (NTT) à La Silla pour obtenir des spectres des composants d'image individuels de ce système de lentille. Ceci est impératif car, comme les empreintes digitales humaines, les spectres permettent une identification sans ambiguïté des objets observés.
Néanmoins, ce n'est pas une tâche facile car les différentes images du mirage cosmique sont situées très proches les unes des autres dans le ciel et les meilleures conditions possibles sont nécessaires pour obtenir des spectres propres et bien séparés. Cependant, l'excellente qualité optique du NTT combinée à des conditions de vision raisonnablement bonnes (environ 0,7 seconde d'arc) ont permis aux astronomes de détecter les «empreintes spectrales» de la source et de l'objet faisant office de lentille, cf. ESO PR Photo 20b / 03.
L'évaluation des spectres a montré que la source de fond est un quasar avec un décalage vers le rouge de z = 0,66 [3], correspondant à une distance d'environ 6 300 millions d'années-lumière. La lumière de ce quasar est cristallisée par une galaxie elliptique massive avec un décalage vers le rouge z = 0,3, c'est-à-dire à une distance de 3500 millions d'années-lumière ou environ à mi-chemin entre le quasar et nous. Il s'agit du quasar à lentilles gravitationnelles le plus proche connu à ce jour.
En raison de la géométrie spécifique de la lentille et de la position de la galaxie de lentille, il est possible de montrer que la lumière de la galaxie étendue dans laquelle se trouve le quasar doit également être cristallisée et devenir visible sous la forme d'une image en forme d'anneau. Le cas est bien démontré par PR Photo 20a / 03 qui montre clairement la présence d'un tel «anneau d'Einstein», entourant l'image de la galaxie cristalline la plus proche.
Micro lentille dans macro lentille?
La configuration particulière des images lenticulaires individuelles observées dans ce système a permis aux astronomes de produire un modèle détaillé du système. À partir de cela, ils peuvent ensuite faire des prédictions sur la luminosité relative des différentes images à lentilles.
De façon quelque peu inattendue, ils ont constaté que les luminosités prédites des trois images les plus brillantes ressemblant à des étoiles du quasar ne sont pas en accord avec celles observées - l'une d'entre elles s'avère être d'une magnitude (c'est-à-dire un facteur de 2,5) plus lumineuse que prévu . Cette prédiction ne remet pas en cause la relativité générale mais suggère qu'un autre effet est à l'œuvre dans ce système.
L'hypothèse avancée par l'équipe est que l'une des images est soumise à une «microlentille». Cet effet est de la même nature que le mirage cosmique - plusieurs images amplifiées de l'objet sont formées - mais dans ce cas, une déviation supplémentaire des rayons lumineux est causée par une seule étoile (ou plusieurs étoiles) dans la galaxie cristallinienne. Le résultat est qu'il existe des images supplémentaires (non résolues) du quasar dans l'une des images macro-lentilles.
Le résultat est une «sur-amplification» de cette image particulière. La réalité sera bientôt testée au moyen de nouvelles observations de ce système de lentilles gravitationnelles avec le très grand télescope ESO (VLT) à Paranal (Chili) et également avec l'observatoire radioélectrique Very Large Array (VLA) au Nouveau-Mexique (USA). ).
Perspective
Jusqu'à présent, 62 quasars à images multiples ont été découverts, montrant dans la plupart des cas 2 ou 4 images du même quasar. La présence d'images allongées du quasar et, en particulier, d'images en forme d'anneau est souvent observée aux longueurs d'onde radio. Cependant, cela reste un phénomène rare dans le domaine optique - seuls quatre de ces systèmes ont été imagés par des télécopes optiques / infrarouges jusqu'à présent.
Le système complexe et relativement lumineux RXS J1131-1231 maintenant découvert est un laboratoire astrophysique unique. Ses caractéristiques rares (luminosité, présence d'une image en forme d'anneau, petit décalage vers le rouge, émission de rayons X et radio, lentille visible, etc.) permettront désormais aux astronomes d'étudier les propriétés de la galaxie cristalline, notamment son contenu stellaire, structure et distribution de masse dans les moindres détails, et pour sonder la morphologie de la source. Ces études utiliseront de nouvelles observations qui sont actuellement obtenues avec le VLT de Paranal, avec le radio-interféromètre VLA au Nouveau-Mexique et avec le télescope spatial Hubble.
Plus d'information
Les recherches décrites dans ce communiqué de presse sont présentées dans une lettre au rédacteur en chef, à paraître prochainement dans la revue professionnelle européenne Astronomy & Astrophysics ("Un quadruple imageur quasar avec un candidat anneau optique d'Einstein: 1RXS J113155.4-123155", par Dominique Sluse et al.).
De plus amples informations sur la lentille gravitationnelle et sur ce groupe de recherche sont également disponibles à l'URL: http://www.astro.ulg.ac.be/GRech/AEOS/.
Remarques
[1]: L'équipe est composée de Dominique Sluse, Damien Hutsem? Kers et Thodori Nakos (ESO et Institut d'Astrophysique et de G? Ophysique de l'Universit? De Li? Ge - IAGL), Jean-Fran? Ois Claeskens , Fr? D? Ric Courbin, Christophe Jean et Jean Surdej (IAGL), Malvina Billeres (ESO) et Sergiy Khmil (Observatoire astronomique de l'Université de Shevchentko).
[2]: Les quasars sont des galaxies particulièrement actives, dont les centres émettent des quantités prodigieuses d'énergie et de particules énergétiques. On pense qu'ils abritent un énorme trou noir en leur centre et que l'énergie est produite lorsque la matière environnante tombe dans ce trou noir. Ce type d'objet a été découvert pour la première fois en 1963 par l'astronome américano-néerlandais Maarten Schmidt à l'Observatoire de Palomar (Californie, États-Unis) et le nom fait référence à leur apparence "en étoile" sur les images obtenues à cette époque.
[3]: En astronomie, le «redshift» désigne la fraction par laquelle les raies dans le spectre d'un objet sont déplacées vers des longueurs d'onde plus longues. Puisque le décalage vers le rouge d'un objet cosmologique augmente avec la distance, le décalage vers le rouge observé d'une galaxie éloignée fournit également une estimation de sa distance.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESO
