La croix d'Einstein J2211-3050 nouvellement découverte. Une galaxie elliptique (l'objet jaune) agit comme une lentille, produisant les quatre objets bleus (marqués ABCD) qui sont les images d'une galaxie environ 3 fois plus éloignée. Avec GTC, il était possible d'isoler et de disperser la lumière des objets ABC, démontrant qu'ils appartiennent à la même source lumineuse. Crédit :Télescope spatial Hubble Crédit :Instituto de Astrofísica de Canarias
Cette étude, qui a combiné des images du télescope spatial Hubble avec des observations spectroscopiques du GTC, a confirmé l'existence d'un nouvel exemple de lentille gravitationnelle, un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Dans ce cas, l'effet observé est dû à l'altération provoquée par une galaxie qui agit comme une loupe amplifiant et déformant, en quatre images distinctes en forme de croix, la lumière d'une autre galaxie située 20, 000 millions d'années-lumière.
L'une des conclusions les plus frappantes de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein est que la trajectoire de la lumière se courbe en présence de matière. Cet effet peut être observé dans le cas de la lumière émise par une galaxie lointaine, lorsque sa lumière passe à proximité d'une autre galaxie sur son chemin vers l'observateur. Le phénomène est connu sous le nom de lentille gravitationnelle, car elle est comparable à la déviation des rayons lumineux par les lentilles en verre classiques. De la même manière, les lentilles gravitationnelles agissent comme des loupes qui changent de taille, forme, et l'intensité de l'image de l'objet distant.
Selon le degré d'alignement des deux sources, plusieurs images de la source distante peuvent être observées, comme quatre images séparées en forme de croix (d'où le nom "croix d'Einstein"), anneaux, ou des arcs. Il est en général extrêmement difficile de repérer une lentille gravitationnelle, parce que la séparation entre les images produites par l'objectif est généralement très faible, nécessitant des images haute résolution pour les voir. C'est précisément en analysant les images haute résolution du télescope spatial Hubble qu'il a été possible de localiser un astérisme qui ressemblait à un nouvel exemple de croix d'Einstein.
Une découverte exceptionnelle
Cependant, repérer quatre points lumineux en forme de croix positionnés autour d'une galaxie ne nous assure pas qu'il s'agisse d'une lentille, il faut donc montrer que les 4 images appartiennent au même objet. Pour ce faire, des observations spectroscopiques sont nécessaires. Pour cette raison, une équipe de scientifiques italiens dirigée par Daniela Bettoni de l'Observatoire de Padoue et Riccardo Scarpa de l'IAC, a décidé d'observer spectroscopiquement avec GTC la lentille supposée. Selon Scarpa, "le résultat n'aurait pas pu être meilleur. L'atmosphère était très propre et avec un minimum de turbulences (voir), ce qui nous a permis de bien séparer l'émission de trois des quatre images. Le spectre nous a immédiatement donné la réponse que nous recherchions, la même raie d'émission due à l'hydrogène ionisé est apparue dans les trois spectres à la même longueur d'onde. Il ne faisait aucun doute qu'il s'agissait en fait de la même source de lumière".
Fait partie du spectre GTC des sources ABC, centrée sur la raie d'émission alpha de Lyman. Les trois sources montrent la même raie à la même longueur d'onde, indiquant que la lumière provient en fait du même objet. Crédit :CGV
Un nouveau croisement d'Einstein avait été découvert, nommé J2211-0350 d'après ses coordonnées dans le ciel. L'objet faisant office de lentille s'avère être une galaxie elliptique située à une distance d'environ 7 milliards d'années-lumière (z =0,556), tandis que la source se trouve à au moins 20 milliards d'années-lumière (z =3,03). "Normalement la source est un quasar, c'est avec une grande surprise que nous avons réalisé que la source dans ce cas était une autre galaxie, en fait une galaxie avec des raies d'émission très intenses qui indique qu'il s'agit d'un jeune objet formant encore de grandes quantités d'étoiles", explique Bettoni. Tout un exploit pour GTC, considérant que seul un autre objectif de ce type était connu.
Nouvel outil de recherche
Grâce à ces nouvelles observations, Présenté dans Le Journal d'Astrophysique , les astronomes disposent désormais d'un outil de plus pour étudier l'Univers. Les lentilles gravitationnelles sont importantes car elles permettent l'étude de l'Univers d'une manière unique. Parce que la lumière des différentes images, initialement la même lumière, suit des chemins différents dans l'Univers, ainsi, toute différence spectrale doit être due au matériau qui se trouve entre nous et la source. De plus, si la source est variable, on peut voir un délai (une image s'illumine avant les autres), qui fournit des informations précieuses sur la forme de l'Univers.
Bien sûr, la masse de la lentille responsable de la courbure de la lumière peut être dérivée avec précision, fournissant une méthode indépendante importante pour peser les galaxies. Finalement, comme avec une lentille en verre normale, la lentille gravitationnelle concentre vers nous la lumière de la source, permettant de voir des objets intrinsèquement inaccessibles. Dans ce cas, on pourrait calculer que la source est 5 fois plus lumineuse qu'elle ne le serait sans l'objectif.
