Gravitation - De l'Univers

Au moyen d'observations réalisées avec les télescopes de 2,2 m et de 3,6 m de l'Observatoire Europeen Austral, ces chercheurs ont pu montrer que non seulement l'image du quasar UM673 (4) était double mais aussi que l'action d'une galaxie lointaine située entre nous et le quasar était responsable de l'effet observé. L'étude observationnelle (en cours) d'un tel objet rarissime devrait permettre de déduire la valeur de paramètres cosmologiques importants tels que la taille et l'âge de notre Univers.

A l'instar des mirages atmosphériques

Les quasars sont bien connus pour être les astres les plus énergétiques et aussi les plus distants dans notre Univers. II semblerait toutefois que la brillance des quasars les plus lumineux soit en partie due à une cause extrinsèque. En effet, si une galaxie (ou autre objet massif) se trouve très près de la ligne de visée entre un quasar et un observateur terrestre, l'espace autour de la galaxie peut être déformé (de par sa présence) de façon telle que plusieurs rayons lumineux distincts nous parviennent du même objet. II en résulte que l'observateur verra du quasar une image multiple, déviée, déformée et aussi amplifiée. A l'instar des mirages atmosphériques, la déflexion de la lumière par le champ gravifique d'un objet massif peut donc conduire à la formation de mirages gravitationnels. (5) Etant donné que les positions et les intensités relatives des images illusoires du quasar sont fonctions de la quantité et de la distribution de matière dans la galaxie déflectrice (appelée à juste titre la "lentille gravitationnelle") ainsi que de la configuration géométrique entre le quasar, le déflecteur et l'observateur, on comprend aisément (au moins intuitivement) que des observations précises d'un mirage cosmique peuvent conduire à une détermination originale de la masse d'une galaxie très éloignée et des distances absolues dans notre Univers.

Une découverte remarquable

Depuis la première découverte d'un mirage gravitationnel (Q0957 + 561 A et B) en 1979, rares ont été les autres cas identifiés. En fait, la plupart des candidats "mirage" proposés n'ont pas été confirmés par des études observationnelles ultérieures. La découverte annoncée par les astrophysiciens liégeois et européens est remarquable en ce sens que, pour la première fois, un mirage gravitationnel a été trouvé de façon non-accidentelle, c'est-à-dire en suivant une stratégie observationnelle bien définie. Observant dans des conditions d'agitation atmosphérique idéales, les chercheurs européens ont obtenu des images électroniques remarquables de quasars très lumineux au moyen des télescopes de 2,2 m et de 3,6 m à l'ESO (Andes chiliennes). Les données ont révélé que le quasar UM673 apparaît dans le ciel comme un objet double, avec une séparation angulaire de 2,2 secondes d'arc, et qu'une faible galaxie est superposée entre UM673 A et B. C'est cette galaxie qui agit sur la lumière du quasar comme une lentille gravitationnelle. Elle n'a pu être détectée qu'après avoir soustrait du cliché électronique les deux images quasi-stellaires de UM673.

La preuve définitive que les deux images sont celles d'un même et unique quasar a été établie après une comparaison detaillée des différents spectres du mirage. Une étude approfondie montre que les spectres de UM673 A et B sont identiques et que le décalage vers le rouge (6) du quasar UM673 vaut z = 2.72, correspondant à une vitesse de récession de l'ordre de 86 % de la vitesse de la lumière. A cause des distances énormes qui nous séparent de UM673, nous apercevons aujourd'hui ce quasar tel qu'il était il y a environ 13 milliards d'années. Il a aussi été possible de déterminer le décalage vers le rouge de la galaxie "lentille". II vaut z = 0,49, indiquant que cet objet est bien situé en profondeur entre nous et le quasar. On a pu ensuite estimer que la masse de la galaxie déflectrice est de l'ordre de 240 millions de fois celle de notre Soieil.

Déterminer la quantité de matière cachée dans l'Univers

La découverte de mirages gravitationnels est importante pour au moins trois raisons différentes. L'étude de tels objets devrait permettre une estimation indispensable de la quantité de matière cachée (c'est-à-dire non visible) dans l'Univers. En effet, différentes études astrophysiques indiquent que l'Univers doit contenir dix fois plus de matière qu'il peut être observé directement (le "problème de la masse manquante"). Vu que la lumière des quasars très distants est déviée par l'entièreté de la masse d'un objet déflecteur, une comparaison simple entre la masse visible et celle déduite des observations directes d'une lentille gravitationnelle fournira une estimation de la quantité de matière invisible.

Une vérification indépendante de l'échelle des distances dans l'Univers est rendue possible grâce à l'observation de mirages gravitationnels. En effet, si la brillance d'un quasar varie, au cours du temps (7), la variation de l'éclat sera d'abord détectée dans l'image qui correspond au trajet des rayons lumineux le plus court entre nous et le quasar. Une mesure du décalage temporel des variations d'éclat entre les différentes images, couplée aux valeurs des paramètres physiques (masse, etc.) de la lentille, déterminera la taille absolue du système quasar-galaxie, et par surcroît, celle de notre Univers tout entier, fixant ainsi la valeur de la constannte de Hubble Ho qui représente le taux d'expansion de notre Univers. Pour le quasar UM673, le décalage temporel entre des variations d'éclat des deux images est évalué à quelques mois seulement. UM673 A et B sont actuellement sous surveillance constante à l'observatoire de La Silla.

D'autres candidats

Finalement, soulignons encore que UM673 apparaît être un des quasars les plus brillants parce que sa luminosité apparente a été amplifiée (= 10 fois) par effet de lentille. Dans leur reherche systématique de mirages gravitationnels, l'équipe de chercheurs a identifié d'autres candidats très prometteurs. Des observations spectroscopiques de ces objets exotiques seront réalisées vers la mi-novembre à l'ESO. Ces découvertes soulèvent tout naturellement la question fondamentale suivante : "Dans quelle mesure, la grande luminosité des quasars est-elle d'origine intrinsèque ?". De plus, vu que la déflection des rayons lumineux dans le champ gravitique d'un objet très massif peut conduire la formation de mirages gravitationnels, on peut aussi se demander à quel point notre vue des confins de l'Univers n'est pas illusoire.

Des observations et une étude astrophysiques plus détaillées du mirage gravitationnel UM673 font l'objet de deux articles scientifiques. Le premier a éte publié le 22 octobre 1987 dans la revue britannique "Nature" et le second le sera prochainement dans la revue européenne "Astronomy and Astrophysics".

Jean Surdej