Les mirages gravitationnels


  • Introduction

    • Ayant toujours été passionné par l'espace, il m'est tout de suite venu à l'idée de traiter des mirages gravitationnels qui sont une source d'information énorme sur l'univers. Pour créer cette page, je me suis informé sur différents ouvrages, revues scientifiques et sites internet que vous pouvez découvrir dans la bibliographie..

    Enfin, j'ai contacté par e-mail les scientifiques du LAL (Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire) d'Orsay Mr Jean-Paul Kneib et Mr Fabien Cavalier qui ont aimablement répondu à mes questions.


  • Les observations

    • Sur Terre, il arrive d'observer des images assez étonnantes où l'on peut voir non pas une étoile, une planète ou une galaxie mais une étoile entourée d'un étrange anneau, ou bien d' un grand nombre de galaxies identiques (et déformées) ou encore de quatre étoiles pour le prix d'une !

    Ces 3 différents mirages sont respectivement nommés Anneaux d'Einstein, Arcs Gravitationnels et Croix d'Einstein.


  • Qu'est ce qu'un mirage gravitationnel ?

    • Un mirage gravitationnel est une multiplication visuelle d'un objet lointain due à la présence d'une masse (nuage interstellaire, galaxie...) appellée lentille gravitationnelle, dont l'attraction gravitationnelle déforme la trajectoire des rayons lumineux émis par cet objet.



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  • L'importance de la forme

    • Selon que la masse soit sphérique, allongée ou soit une galaxie, on obtient des phénomènes appelés respectivement Anneau d'Einstein, Croix d'Einstein ou Arcs Gravitationnels.


  • Différents phénomènes

    • L'anneau d'Einstein présente l'étoile entourée d'une couronne.

    • La croix d'Einstein démultiplie le nombre d'étoiles observées (alors qu'en fait, il n'en n'existe qu'une...magique non ?).

    • Enfin, l'arc gravitationnel modifie de nombreuses choses :
      • Tout d'abord, l'objet observé est "caché" derrière une galaxie plus proche.
      • De plus, il est déformé (voir la galaxie en spirale plus haut).
      • Et enfin, il est multiplié et on le "retrouve" en de nombreux endroits de l'image.

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  • La croix d'Einstein

    • Quasar PG1115+080 situé à 10 milliards d'années-lumière. Ici, on croit voir quatre quasars (étoiles très petites et très lumineuses) qui en fait n'en sont qu'un. Cette image est un parfait exemple de la croix d'Einstein.


  • L'arc gravitationnel

    • L'amas de galaxies 0024+1654 est situé à 5 millions d'années-lumière. Dans cet amas qui est en fait un arc gravitationnel on peut voir en plusieurs exemplaires la même galaxie (en bleu) ainsi que d'autres galaxies démultipliées.


  • Galaxie de la photo précédente agrandie

    • Il s'agit en fait d'une galaxie en spirale. Le mirage gravitationnel nous montre ici une galaxie difforme alors qu'en réalité, c'est bien une galaxie en spirale ( si si ).


  • Anneaux d'Einstein

    • Voici le seul anneau d'Einstein observé à ce jour. La Terre et les deux galaxies étant parfaitement alignées, on voit la plus lointaine comme un anneau entourant la plus proche.


  • Les formules

    • Selon la théorie de la relativité d'Einstein, la déviation de la lumière β suit la formule suivante :

    β = 4 G M
    r c2    		 avec :
  • 2 GM / c2 : le rayon de Schwarzschild.
  • r : le paramètre d'impact ou le rayon projeté à partir du centre de masse de la lentille.


    • De plus, Einstein en 1931 avait déjà trouvé la formule qui permettrait de trouver le rayon d'un anneau gravitationnel en fonction de la masse de la lentille gravitationnelle, de la distance lentille-source, de la distance observateur-lentille et la distance observateur-source :

    r = √ (  M 
    1010 M0    		 x DLS.109pc
    DL DS    		 )
    avec :
  • M  : la masse de la lentille gravitationnelle déflectrice.
  • DLS : la distance lentille-source.
  • DL : la distance observateur-lentille.
  • DS : la distance observateur-source.


  • A quoi servent les mirages gravitationnels pour la science ?

    • Tout d'abord, les mirages gravitationnels permettent, en les rendant plus lumineuses, d'observer des galaxies très lointaines initialement peu lumineuses de par leur distance avec la Terre.

    Ci-contre est représenté l'amas de galaxies Abell 2218 dans lequelle on peut voir une des galaxie observable les plus lointaines. La trouvez-vous ? (Indice : sa masse est de quelque millions de fois supérieure à celle du Soleil et elle mesure 500 années-lumières...)


  • Vous n'avez pas trouvé ?

    • La voici ( il s'agit d'un agrandissement de la photo précédente ).

    Sa luminosité a été amplifiée 30 fois par l'amas Abell 2218. Elle est située à 13.4 milliards d'années-lumière de la Terre. Elle serait une des briques élémentaire ayant permis la construction des galaxies actuelles.

    De plus, les mirages gravitationnels permettent aux scientifiques d'évaluer la distribution de matière dans l'univers et de calculer sa masse.

    Enfin, si les observations de ces mirages étaient plus fréquentes, cela permettrait de déterminer la courbure de l'univers ainsi que de fixer avec précision la constante d'Hubble.


  • Comment peut-on déterminer la constante d'Hubble à partir d'un mirage gravitationnel ?

    • "Pour déterminer la constante d'Hubble, il faut mesurer le délai temporel entre des images de quasars multiples. A partir de la modélisation de la lentille, on peut ainsi déterminer la constante d'Hubble."
    Jean-Paul Kneib, scientifique au Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire d'Orsay.


  • Comment peut-on déterminer la courbure de l'Univers à l'aide d'un mirage gravitationnel?

    • "Pour contraindre la courbure de l'Univers, il faut avoir la chance d'observer plusieurs images multiples de galaxies lointaines à différent redshift et de comparer les déflexions angulaires de chaque image ..."
    J.P.Kneib, scientifique au Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire d'Orsay.
    Cela nécessite un effort de modélisation important et c'est donc assez difficile.


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