Maintenant tu les vois, maintenant vous ne le faites pas. Trois vues de la même supernova apparaissent dans l'image 2016 sur la gauche, prises par le télescope spatial Hubble. Mais ils sont partis dans l'image 2019. La supernova lointaine, nommé Requiem, est intégré dans l'amas de galaxies géant MACS J0138. L'amas est si massif que sa puissante gravité courbe et amplifie la lumière de la supernova, situé dans une galaxie loin derrière elle. Appelée lentille gravitationnelle, ce phénomène divise également la lumière de la supernova en plusieurs images miroir, mis en évidence par les cercles blancs dans l'image de 2016. La supernova multi-images disparaît dans l'image 2019 du même amas, à droite. L'instantané, prise en 2019, aidé les astronomes à confirmer le pedigree de l'objet. Les supernovae explosent et disparaissent avec le temps. Les chercheurs prédisent qu'une rediffusion de la même supernova fera son apparition en 2037. L'emplacement prévu de cette quatrième image est mis en évidence par le cercle jaune en haut à gauche. La lumière de Supernova Requiem a eu besoin d'environ 10 milliards d'années pour son voyage, en fonction de la distance de sa galaxie hôte. La lumière que Hubble a capturée de l'amas, MAC J0138.0-2155, a mis environ quatre milliards d'années pour atteindre la Terre. Les images ont été prises en lumière proche infrarouge par la caméra à champ large 3 de Hubble. Crédit :TRAITEMENT D'IMAGE :Joseph DePasquale (STScI)
Il est difficile de faire des prédictions, surtout en astronomie. Il y a cependant, quelques prévisions sur lesquelles les astronomes peuvent se fier, tels que le calendrier des éclipses lunaires et solaires à venir et le retour mécanique de certaines comètes.
Maintenant, regarder bien au-delà du système solaire, les astronomes ont ajouté une prédiction solide d'un événement se produisant au plus profond de l'espace intergalactique :une image d'une étoile qui explose, surnommé Supernova Requiem, qui paraîtra vers 2037. Bien que cette rediffusion ne soit pas visible à l'œil nu, certains futurs télescopes devraient pouvoir le repérer.
Il s'avère que cette future apparition sera la quatrième vue connue de la même supernova, magnifié, éclairci, et divisé en images séparées par un amas massif de galaxies au premier plan agissant comme un zoom cosmique. Trois images de la supernova ont été trouvées pour la première fois à partir de données d'archives prises en 2016 par le télescope spatial Hubble de la NASA.
Les multiples images sont produites par la puissante gravité de l'amas de galaxies monstres, qui déforme et amplifie la lumière de la supernova loin derrière elle, un effet appelé lentille gravitationnelle. Prédit pour la première fois par Albert Einstein, cet effet est similaire à celui d'une lentille en verre qui courbe la lumière pour agrandir l'image d'un objet distant.
Les trois images de supernova à lentilles, vus comme de minuscules points capturés dans un seul instantané Hubble, représentent la lumière des conséquences explosives. Les points varient en luminosité et en couleur, ce qui signifie trois phases différentes de l'explosion de décoloration au fur et à mesure qu'elle se refroidit au fil du temps.
"Cette nouvelle découverte est le troisième exemple d'une supernova à images multiples pour laquelle nous pouvons réellement mesurer le retard des temps d'arrivée, " a expliqué le chercheur principal Steve Rodney de l'Université de Caroline du Sud à Columbia. " C'est le plus éloigné des trois, et le délai prévu est extraordinairement long. Nous pourrons revenir voir l'arrivée finale, ce que nous prévoyons sera en 2037, plus ou moins quelques années."
La lumière que Hubble a capturée de l'amas, MAC J0138.0-2155, a mis environ quatre milliards d'années pour atteindre la Terre. La lumière de Supernova Requiem a eu besoin d'environ 10 milliards d'années pour son voyage, en fonction de la distance de sa galaxie hôte.
La prédiction par l'équipe de l'apparition de retour de la supernova est basée sur des modèles informatiques de l'amas, qui décrivent les différents chemins empruntés par la lumière de la supernova à travers le labyrinthe de matière noire agglomérée dans le groupement galactique. La matière noire est un matériau invisible qui comprend la majeure partie de la matière de l'univers et est l'échafaudage sur lequel les galaxies et les amas de galaxies sont construits.
Chaque image agrandie emprunte un itinéraire différent à travers l'amas et arrive sur Terre à un moment différent, dû, en partie, aux différences de longueur des voies suivies par la lumière de la supernova.
"Chaque fois qu'une lumière passe près d'un objet très massif, comme une galaxie ou un amas de galaxies, le gauchissement de l'espace-temps que la théorie de la relativité générale d'Einstein nous dit est présent pour toute masse, retarde le voyage de la lumière autour de cette masse, " dit Rodney.
Il compare les différents chemins lumineux de la supernova à plusieurs trains qui partent d'une gare en même temps, voyageant tous à la même vitesse et à destination du même endroit. Chaque train, cependant, prend un chemin différent, et la distance pour chaque itinéraire n'est pas la même. Parce que les trains voyagent sur différentes longueurs de voies sur différents terrains, ils n'arrivent pas à destination en même temps.
En outre, l'image lentille de supernova qui devrait apparaître en 2037 est en retard par rapport aux autres images de la même supernova car sa lumière traverse directement le milieu de l'amas, où réside la plus grande quantité de matière noire. L'immense masse de l'amas courbe la lumière, produisant le délai le plus long. "C'est le dernier à arriver parce que c'est comme le train qui doit descendre profondément dans une vallée et en repartir. C'est le genre de voyage le plus lent pour la lumière, " expliqua Rodney.
Les images de supernova par lentille ont été découvertes en 2019 par Gabe Brammer, co-auteur de l'étude au Cosmic Dawn Center de l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, au Danemark. Brammer a repéré les images de supernova en miroir tout en analysant des galaxies lointaines amplifiées par des amas massifs de galaxies au premier plan dans le cadre d'un programme Hubble en cours appelé REsolved QUIEscent Magnified Galaxies (REQUIEM).
Il comparait les nouvelles données REQUIEM de 2019 avec des images d'archives prises en 2016 à partir d'un autre programme scientifique de Hubble. Un petit objet rouge dans les données de 2016 a attiré son attention, qu'il pensait initialement être une galaxie lointaine. Mais il avait disparu dans les images de 2019.
"Mais alors, lors d'un examen plus approfondi des données de 2016, J'ai remarqué qu'il y avait en fait trois objets agrandis, deux rouges et un violet, " expliqua-t-il. " Chacun des trois objets était associé à une image lentille d'une lointaine galaxie massive. Immédiatement, cela m'a suggéré qu'il ne s'agissait pas d'une galaxie lointaine mais en fait d'une source transitoire dans ce système qui s'était évanouie dans les images de 2019 comme une ampoule qui avait été éteinte."
Brammer s'est associé à Rodney pour mener une analyse plus approfondie du système. Les images de supernova par lentille sont disposées en arc autour du noyau de l'amas. Ils apparaissent sous la forme de petits points près des traits orange barbouillés que l'on pense être les instantanés agrandis de la galaxie hôte de la supernova.
Le co-auteur de l'étude Johan Richard de l'Université de Lyon en France a produit une carte de la quantité de matière noire dans l'amas, déduit de la lentille qu'il produit. La carte montre les emplacements prévus des objets à lentille. Cette supernova devrait réapparaître en 2042, mais il sera si faible que l'équipe de recherche pense qu'il ne sera pas visible.
Capturer la rediffusion de l'événement explosif aidera les astronomes à mesurer les délais entre les quatre images de supernova, qui offrira des indices sur le type de terrain spatial déformé que la lumière de l'étoile explosée a dû couvrir. Armé de ces mesures, les chercheurs peuvent affiner les modèles qui cartographient la masse de l'amas. Développer des cartes précises de la matière noire des amas massifs de galaxies est un autre moyen pour les astronomes de mesurer le taux d'expansion de l'univers et d'étudier la nature de l'énergie noire, une forme mystérieuse d'énergie qui agit contre la gravité et provoque une expansion plus rapide du cosmos.
Cette méthode de retard est précieuse car c'est un moyen plus direct de mesurer le taux d'expansion de l'univers, Rodney a expliqué. « Ces longs délais sont particulièrement précieux car vous pouvez obtenir un bon, mesure précise de ce délai si vous êtes juste patient et attendez des années, dans ce cas plus d'une décennie, pour que l'image finale revienne, " il a dit. " C'est un chemin complètement indépendant pour calculer le taux d'expansion de l'univers. La vraie valeur à l'avenir sera d'utiliser un plus grand échantillon de ceux-ci pour améliorer la précision."
Le repérage d'images de supernovae par lentille deviendra de plus en plus courant au cours des 20 prochaines années avec le lancement du télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA et le début des opérations à l'observatoire Vera C. Rubin. Les deux télescopes observeront de larges pans du ciel, ce qui leur permettra de repérer des dizaines d'autres supernovae imagées à plusieurs reprises.
Les futurs télescopes tels que le télescope spatial James Webb de la NASA pourraient également détecter la lumière de la supernova Requiem à d'autres époques de l'explosion. Les résultats de l'équipe paraîtront le 13 septembre dans le journal Astronomie de la nature.
