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Lentilles Gravitationnelles

Lentille gravitationnelle ou mirage gravitationnel

   Catégorie : galaxies
Mise à jour 01 juin 2013

En astrophysique, une illusion que les astronomes connaissent bien est la lentille gravitationnelle ou mirage gravitationnel. Un objet massif, un amas de galaxies par exemple, qui se situe entre un observateur et une source lumineuse lointaine, imprime une forte courbure à l'espace-temps. Cela a pour effet de dévier tous les rayons lumineux qui passent près de l'objet, déformant ainsi les images reçues par l'observateur. Cette amplification de la luminosité, d’un objet céleste lointain, par un astre massif situé devant, a été prédit par la théorie générale de la relativité en 1917. Les objets massifs modifient la géométrie de l'espace et du temps dans leur voisinage. La lumière quant à elle emprunte toujours le chemin le plus court, mais dans un espace courbe modifié par la présence d'une masse gigantesque, le chemin le plus court n'est pas la ligne droite. Le trajet des rayons lumineux se courbe au voisinage des astres massifs.
La plupart des images de galaxies qui se trouvent sur cette photographie, sont des images multiples d’une seule et même galaxie annulaire. Un gigantesque amas de galaxies situé devant, agit comme une immense lentille gravitationnelle. Au premier plan, les galaxies de cet amas apparaissent en jaune et la galaxie observée derrière apparait en bleu. Une lentille gravitationnelle peut engendrer plusieurs images de galaxies d’arrière plan.

 

La forme singulière de la galaxie bleue d’arrière plan (petite tache bleue au centre de l'image), a permis de déduire que c'est la même que nous voyons, à 4 heures, à 10 heures, à 11 heures et 12 heures. L'analyse a montré qu’au moins 33 images de 11 galaxies différentes d’arrière plan sont discernables sur cette image. Cette spectaculaire photo de l’amas galactique CL0024+1654 a été prise par le télescope spatial Hubble en novembre 2004.
Prédits par la relativité générale d'Albert Einstein, plusieurs mirages gravitationnels ont depuis été observés par Hubble. Parfois, lorsque l'alignement entre deux objets est parfait, l'image de l'objet lointain peut prendre la forme d'un anneau lumineux, entourant l'objet proche. En cas d’alignement parfait entre la source observée (une étoile par exemple), et un autre objet stellaire, (un trou noir par exemple), le trou noir situé devant jouera le rôle de lentille gravitationnelle ou de déflecteur.
L'observateur ne verra plus l’étoile comme telle mais plutôt comme un anneau, cet anneau est nommé, Anneau d’Einstein.
Une étoile, bien qu'ayant une masse très inférieure à celle d'une galaxie, peut aussi agir comme une lentille gravitationnelle. L'effet est évidemment beaucoup moins puissant, on parle alors de, micro lentille gravitationnelle.

 lentille gravitationnelle, HST

Image : Cette lentille gravitationnelle montre d'étranges objets bleus étirés. Ils s'étalent en cercle sur cette image, mais ne sont que des vues multiples d’une seule et même galaxie annulaire. La forme singulière de la galaxie bleue d’arrière plan (au centre de l'amas), a permis de déduire que c'est la même galaxie que nous voyons sur cette image à 4 heures, 10 heures, 11 heures et 12 heures.

Mirage autour des cinq quasars

    

Qu'est-ce qui se passe près du centre de cet amas de galaxies, sur l'image ci-contre ?
À première vue, il semble que plusieurs galaxies sont étrangement allongées aux alentours des cinq brillants quasars, en couleur blanche sur l'image.
En réalité, un amas de galaxies agit comme une gigantesque lentille gravitationnelle qui déforme et multiplie  les objets lumineux situés, derrière.
Les cinq points lumineux blanc, près de centre de la grappe, sont en fait des images d'un même quasar lointain. Cette image du télescope spatial Hubble est si détaillée que même la galaxie hôte entourant le quasar est visible. L'observation de l'image ci-contre montre que les galaxies situées à 2H et 4H sont effectivement des images de la même galaxie. Une troisième image de cette galaxie se trouve à environ 10H, du centre de l'amas.

 

Image : L'observation de l'univers est parfois trompeur car par un heureux hasard, on peut voir de nombreuses et curieuses galaxies lointaines imaginaires, elles ressemblent à des bijoux colorés, comme sur l'image ci-contre.
Le groupe galactique vu par l'énorme lentille gravitationnelle est cataloguée SDSS J1004 4112 et se trouve à environ 7 milliards d'années-lumière, vers la constellation du Lion.

 mirage gravitationnel autour des quasars - HST
Il est plus juste de dire "théorie générale de la relativité" que "théorie de la relativité générale", c'est la théorie qui est générale et non la relativité. La théorie générale étend la théorie restreinte de la relativité, à la gravitation.
Pour les puristes, la théorie générale de la relativité est une théorie relativiste de la gravitation élaborée entre 1907 et 1915 principalement par Albert Einstein. Marcel Grossmann et David Hilbert sont également associés à cette réalisation pour avoir aidé Einstein à franchir les difficultés mathématiques de la théorie. La théorie générale de la relativité énonce que la gravitation est la manifestation de la courbure de l'espace-temps, produite par la distribution de la matière et de l'énergie. La mesure de la courbure moyenne de l'espace-temps est égale à la mesure de la densité d'énergie (Gij = χ Tij) Gij est le tenseur d'Einstein qui représente la courbure de l'espace-temps en un point, Tij est le tenseur énergie-impulsion qui représente la contribution de toute la matière et énergie à la densité d'énergie en ce point du champ gravitationnel. χ est un simple facteur dimensionnel, permettant d'exprimer l'équation dans les unités usuelles et de faire correspondre l'équation à la réalité physique et à la valeur observée de la constante gravitationnelle.
Un quasar, quasi-stellar astronomical radiosource ou source de rayonnement quasi-stellaire, est une galaxie dont le noyau est très énergétique. Les quasars sont les objets les plus lumineux de l'univers. Plus précisément, le quasar est la région entourant un trou noir supermassif situé au centre d'une galaxie massive. Les quasars permettent de mesurer le temps de rotation de la Terre ou le jour solaire avec une grande précision.

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