Lentille gravitationnelle - Définition

Historique

Certains des arcs lumineux les plus faibles de cette image sont en fait des galaxies situé à un peu plus de 13 milliards d'années-lumière, déformées par l'effet de lentille gravitationnelle.

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 ainsi 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 Abell 2218 qui produit des images multiples de toute une population de galaxies lointaines et donne naissance à plus de 120 arcs lumineux.

Anneau d'Einstein

Différents Anneaux d'Einstein partiels pris par le télescope spatial Hubble

En cas d’alignement parfait de la source observée (telle qu’une étoile), de l’objet stellaire, jouant le rôle de lentille gravitationnelle - appelé également déflecteur - (tel qu'un trou noir) et de l'observateur, on ne verra plus l’étoile comme telle mais plutôt comme un anneau nommé anneau d’Einstein. Il se note: θ_E

Calcul de l'anneau d'Einstein

La taille d'un anneau d'einstein est donnée par le rayon d'Einstein. Le voici en radians :

,

G étant la constante gravitationnelle,

M étant la masse de la lentille,

c étant la vitesse de la lumière,

d_L étant distance de l'observateur jusqu'à la lentille,

d_S étant la distance de l'observateur jusqu'à la source

d_LS étant distance entre la lentille et sa source