Combinant une double "loupe" naturelle avec la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) du Très Grand Télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un...) (Very Large Telescope) de l'Observatoire européen austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (European Southern Observatory - ESO), des astronomes ont sondé les parties intérieures du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et...) d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) tournant autour d'un trou noir supermassif (En astrophysique, un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche...) supermassif est un trou noir dont la masse est d'environ un million à un milliard de...) situé à 10 milliards d'années-lumière de la Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...). Ils ont ainsi pu étudier ce disque avec un niveau de détail 1000 fois supérieur aux capacités actuelles des plus grands télescopes, fournissant la première confirmation observationnelle des modèles théoriques décrivant de tels disques.


L'équipe composée d’astronomes européens et américains a étudié la "Croix d’Einstein", un mirage cosmique célèbre. Cette configuration cruciforme se compose de quatre images d'une unique et même source très éloignée. La formation de ces images multiples est due à l’effet de lentille gravitationnelle causé par une galaxie spirale (Cet article ou cette section doit être recyclé. Sa qualité devrait être largement améliorée en le réorganisant et en le...) se trouvant entre la source et la Terre. Cet effet a été prédit par Albert Einstein (Albert Einstein (14 mars 1879 à Ulm, Württemberg, Allemagne - 18 avril 1955 à Princeton, New Jersey, États-Unis)...) sur la base de sa théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) de relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme...). Dans la Croix d’Einstein, la source lumineuse est un quasar (En astronomie, un quasar (pour source de rayonnement quasi-stellaire, quasi-stellar en anglais) est une source...) situé à approximativement 10 milliards d'années-lumière de la Terre, tandis que la galaxie au premier plan est environ 10 fois plus proche. La lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...) du quasar est défléchie et amplifiée par le champ gravitationnel de la galaxie provoquant l’effet de lentille gravitationnelle.

Cet effet, connu sous le nom de "macrolentille" dans lequel une galaxie joue le rôle d'une loupe cosmique ou d'un formidable télescope naturel, s'avère très utile en astronomie parce qu'il permet d'observer des objets éloignés qui seraient autrement trop faibles ou trop petits pour être observés avec les télescopes actuellement disponibles. «La combinaison (Une combinaison peut être :) de cet effet d’amplification avec l'utilisation d'un grand télescope nous fournit des détails d’une précision inédite», explique Frédéric Courbin, astrophysicien à l’EPFL et chef du projet (Un projet est - dans un contexte professionnel - une aventure temporaire entreprise dans le but de créer un produit ou...) ESO VLT consacré à l’étude de la Croix d'Einstein.

En plus de l’effet de macrolentille induit par la galaxie, une amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique,...) supplémentaire est produite par les étoiles individuelles situées dans cette galaxie. Ces étoiles agissent comme de petites loupes secondaires, provoquant une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à...) amplification basée sur le même principe que l’effet de macrolentille, mais sur une échelle plus petite. Puisque les étoiles sont beaucoup plus petites que les galaxies, on les nomme "microlentilles". En outre, comme les étoiles se déplacent dans la galaxie, l’intensité de l’effet des microlentilles varie au cours du temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...). Vue de la Terre, la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) des images du quasar (4 dans le cas de la Croix d'Einstein) clignotent autour d'une valeur moyenne (Il y a plusieurs façon de calculer une moyenne d'un ensemble de nombres. Celle qu'il convient de retenir dépend de la...), à cause de l’effet combiné de ces microlentilles. La taille de la région amplifiée par ces étoiles-microlentilles est de l’ordre de quelques jours-lumière, c’est-à-dire comparable à la taille du disque d'accrétion du quasar.

L’effet des microlentilles affecte les diverses régions d'émission du disque de différentes manières, selon leur taille. Les régions de plus petite taille sont plus amplifiées que les régions plus étendues. Or les petites et les grandes régions ont des couleurs (c’est-à-dire des températures) différentes. L'effet des microlentilles est donc de produire des variations de couleur des images du quasar, en plus des variations de luminosité. En observant en détail ces variations pendant plusieurs années, il est possible de mesurer comment la matière et l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) sont distribuées autour du trou noir supermassif qui réside au coeur du quasar.

C’est exactement ce qu’ont fait les astronomes à l'aide du VLT de l'ESO. Ils ont observé la Croix d'Einstein trois fois par mois pendant trois ans, relevant tous les changements de luminosité et de couleur des quatre images du quasar.

«Grâce à ces données exceptionnelles, nous avons pu prouver que le rayonnement (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement...) le plus énergique est émis dans la région centrale située à un jour-lumière (L’année-lumière (symbole al, anciennement année de lumière) est une unité de distance utilisée en astronomie. Une...) du trou noir supermassif. En outre, nous avons pu démontrer que l'énergie diminue en fonction de la distance au trou noir presque exactement comme le prédit la théorie», dit Alexander Eigenbrod, qui a accompli l'analyse des données.

L'utilisation des effets de macro- et microlentilles, ajouté à l'oeil géant du VLT, ont permis aux astronomes de sonder des régions sur des échelles aussi petites qu'un millionième de seconde d’arc. Cela correspond à la taille d'une pièce de monnaie d'un franc vue à une distance de 2 millions de kilomètres, c’est-à-dire, environ 5 fois la distance Terre - Lune (On appelle lune tout satellite naturel d'une planète, mais la Lune, avec un L majuscule, désigne le seul satellite...) ! «C'est 1000 fois mieux que ce qui peut être réalisé avec n'importe quel télescope existant en utilisant les techniques traditionnelles», ajoute F. Courbin.

La mesure de la distribution de l'énergie autour du trou noir central est un exploit unique. Diverses théories existent pour expliquer la formation et l’accrétion des quasars, et chacune prévoit un profil d’énergie différent. Jusqu'ici, aucune observation directe et indépendante des modèles théoriques n'a permis aux scientifiques de valider ou d’infirmer l’une ou l’autre de ces théories, en particulier en ce qui concerne les régions centrales du quasar. «Les nouvelles observations de la Croix d’Einstein obtenues avec le VLT favorisent clairement un modèle dans lequel le quasar est actionné par la rotation du trou noir central», conclut Georges Meylan, professeur d’astrophysique et directeur du laboratoire d'astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) de l’EPFL.

L’équipe est composée de Frédéric Courbin, Alexander Eigenbrod et Georges Meylan de l’EPFL; Dominique Sluse, Robert Schmidt, Timo Anguita, et Joachim Wambsganss de l’Astronomisches Rechen-Institut, Heidelberg (Allemagne), et d’Eric Agol de l'University of Washington, Seattle (Etats-Unis).