Cette image composite montre la supernova iPTF16geu de type Ia à lentille gravitationnelle, comme on le voit avec différents télescopes. L'image d'arrière-plan montre une vue à grand champ du ciel nocturne comme on le voit avec l'observatoire Palomar situé sur la montagne Palomar, Californie. Image d'extrême gauche :capturée par le Sloan Digital Sky Survey, cette observation de lumière optique montre la galaxie lentille et son environnement environnant dans le ciel. Image centrale gauche :capturée par le télescope spatial Hubble, il s'agit d'une image infrarouge à zoom 20x de la galaxie de l'objectif. Image au centre à droite :capturée par le télescope spatial Hubble, ce zoom optique 5x révèle les quatre images à lentille gravitationnelle d'iPTF16geu. Image d'extrême droite :capturée par le télescope Keck, cette observation infrarouge présente les quatre images à lentille gravitationnelle d'iPTF16geu et l'« arc » gravitationnel de sa galaxie hôte. Crédit :Joel Johansson, Université de Stockholm
Avec l'aide d'un pipeline automatisé de chasse aux supernovas et d'une galaxie située à 2 milliards d'années-lumière de la Terre qui agit comme une "loupe, Les astronomes ont capturé plusieurs images d'une supernova de type Ia, la brillante explosion d'une étoile, apparaissant à quatre endroits différents dans le ciel. Jusqu'à présent, c'est le seul Type Ia découvert qui a montré cet effet.
Ce phénomène appelé « lentille gravitationnelle » est un effet de la théorie de la relativité d'Einstein :la masse courbe la lumière. Cela signifie que le champ gravitationnel d'un objet massif, comme une galaxie, peut courber les rayons lumineux qui passent à proximité et les recentrer ailleurs, faisant apparaître les objets d'arrière-plan plus lumineux et parfois à plusieurs endroits. Les astrophysiciens pensent que s'ils peuvent trouver plus de ces types Ia magnifiés, ils pourraient être en mesure de mesurer le taux d'expansion de l'Univers avec une précision sans précédent et de faire la lumière sur la répartition de la matière dans le cosmos.
Heureusement, en examinant de plus près les propriétés de cet événement rare, deux chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) ont mis au point une méthode – un pipeline – pour identifier davantage de ces « supernovae à lentilles fortes de type Ia » dans les enquêtes à grand champ existantes et futures. Un article décrivant leur approche a été récemment publié dans le Lettres de revues astrophysiques . Pendant ce temps, un article détaillant la découverte et les observations de la supernova de type Ia vieille de 4 milliards d'années, iPTF16geu, a été publié dans Science le 21 avril.
"Il est extrêmement difficile de trouver une supernova à lentille gravitationnelle, sans parler d'un type Ia à lentille. Statistiquement, nous pensons qu'il peut y en avoir environ un sur 50, 000 supernovae que nous identifions, " dit Pierre Nugent, un astrophysicien à la division de recherche informatique (CRD) de Berkeley Lab et un auteur des deux articles. "Mais depuis la découverte d'iPTF16geu, nous avons maintenant quelques réflexions sur la façon d'améliorer notre pipeline pour identifier plus de ces événements."
La lumière de la supernova iPTF16geu et de sa galaxie hôte est déformée et amplifiée par la courbure de la masse spatiale d'une galaxie de premier plan. Dans le cas de la supernova ponctuelle, la lumière est divisée en quatre images. Ceux-ci ont été résolus avec le télescope spatial Hubble. Crédit :Image originale par ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al, édité et modifié par Joel Johansson
Cosmic Surprise jette un nouvel éclairage sur la cosmologie
Pendant de nombreuses années, la nature transitoire des supernovae les rendait extrêmement difficiles à détecter. Il y a trente ans, le taux de découverte était d'environ deux par mois. Mais grâce à l'Intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), une nouvelle enquête avec un pipeline innovant, ces événements sont détectés quotidiennement, certains quelques heures après l'apparition de leurs premières explosions.
Le processus d'identification des événements transitoires, comme les supernovae, commence tous les soirs à l'observatoire Palomar en Californie du Sud, où une caméra grand champ montée sur le télescope robotique Samuel Oschin scrute le ciel. Dès que les observations sont faites, les données parcourent plus de 400 miles jusqu'au Centre national de calcul scientifique de la recherche énergétique (NERSC) du ministère de l'Énergie (NERSC), qui est situé au Berkeley Lab. Au NERSC, des algorithmes d'apprentissage automatique exécutés sur les superordinateurs de l'établissement passent au crible les données en temps réel et identifient les transitoires pour que les chercheurs puissent les suivre.
Le 5 septembre, 2016, le pipeline a identifié iPTF16geu comme un candidat supernova. A première vue, l'événement n'avait pas l'air particulièrement hors de l'ordinaire. Nugent note que de nombreux astronomes pensaient qu'il ne s'agissait que d'une supernova typique de type Ia située à environ 1 milliard d'années-lumière de la Terre.
Comme la plupart des supernovae découvertes relativement tôt, cet événement est devenu plus lumineux avec le temps. Peu de temps après qu'il ait atteint son pic de luminosité (19e magnitude), Ariel Goobar, professeur à l'université de Stockholm en astrophysique expérimentale des particules, a décidé de prendre un spectre - ou une étude détaillée de la lumière - de l'objet. Les résultats ont confirmé que l'objet était bien une supernova de type Ia, mais ils ont aussi montré que, étonnamment, il était situé à 4 milliards d'années-lumière. Un deuxième spectre pris avec l'instrument OSIRIS sur le télescope Keck sur le Mauna Kea, Hawaii, a montré sans aucun doute que la supernova était à 4 milliards d'années-lumière, et a également révélé sa galaxie hôte et une autre galaxie située à environ 2 milliards d'années-lumière qui agissait comme une lentille gravitationnelle, qui a amplifié la luminosité de la supernova et l'a fait apparaître à quatre endroits différents du ciel.
