Pierre Bastin
Grâce à des observations réalisées à l'Observatoire Européen Austral (ESO, La Silla, Chili) dans des conditions atmosphériques proches de la perfection, des astronomes européens on pu montrer que l'image d'un quasar distant consiste en fait en pas moins de quatre composantes, ce qui a valu à cet objet extraordinaire le surnom de "Trèfle à quatre feuilles. Cette multiplication des images résulte du phénomène de mirage gravitationnel, prédit par la théorie de la Relativité générale d'Einstein, et est expliqué à la fin de communiqué.
Les quasars sont connus commes les objets les plus lumineux dans l'Univers,
et donc pouvant être observés sur les plus grandes distances. Cependant,
des observations récentes conduites par un groupe d'astronomes européens
à l'Observatoire de La Silla au Chili indiquent que
bon nombre de quasars très énergétiques nous apparaissent en fait
plus lumineux qu'ils ne le sont en réalité, et ceci du fait
d'une amplification par effet de mirage gravitationnel. Après avoir
précédemment mis en évidence le fait que le quasar UM 673 (*) est
dédoublé par effet de mirage, ils ont maintenant découvert
que l'image d'un autre quasar très lumineux,
dénommé H 1413+117, consiste
en réalité en quatre images très serrées, lui donnant l'aspect d'un
trèfle à quatre feuilles, nom sous lequel il est désormais connu.
Les images de cet objet ont été obtenues sous des conditions atmosphériques excellentes au télescope de 2,20 m de La Silla, à l'aide d'un détecteur électronique (CCD) à haute résolution. Ces images montrent clairement le quasar H 1413+117 sous la forme d'un objet quadruple. Les quatre images, de brillance comparable, sont séparées par moins d'une seconde d'arc (voir la figure ci-jointe).
Des spectres individuels de deux de ces images ont pu être obtenus grâce au spectrographe d'objets faibles (EFOSC) attaché au télescope de 3,60 m de l'ESO. Ces spectres sont identiques, ce qui confirme que les différentes images correspondent bien à un seul et même quasar. Le décalage vers le rouge (**) de ces spectres est identique et vaut 2,55, correspondant à une vitesse de récession apparente égale à 85 % de la vitesse de la lumière. Du fait de la distance énorme qui nous sépare du quasar, nous le voyons tel qu'il était il y a quelque 13 milliards d'années. En outre, des raies d'absorption fines ont été détectées dans le spectre d'une des images. Ces raies sont probablement formées dans de la matière associée à une galaxie située entre le quasar et nous, et qui serait responsable du phénomène de mirage gravitationnel.
Une étude approfondie de ce mirage gravitationnel hors pair devrait permettre de mieux connaître la matière obscure contenue dans l'Univers, ainsi que de déterminer de manière totalement indépendante certains paramètres cosmologiques importants, comme l'âge de l'Univers.
Un compte-rendu détaillé de ces observations est paru dans un article scientifique publié le 28 juillet dans la revue britannique Nature.
Les champs de gravitation agissent de manière analogue aux systèmes optiques de lentilles et miroirs.
Depuis l'éclipse de Soleil de 1919, quand des astronomes observèrent pour la première fois un déplacement apparent de la position des étoiles proches du limbe solaire, on sait que les rayons lumineux peuvent être déviés, non seulement par des éléments optiques (miroirs, lentilles...), mais aussi par des champs de gravitation. En fait, ce effet avait été prédit par Einstein dans le cadre de sa théorie de la Relativité générale.
Cette déviation des rayons lumineux est également observée lorsque la lumière émise par un quasar lointain passe à proximité d'un ou plusieurs objets massifs. De tels objets peuvent être, par exemple, des galaxies individuelles ou des amas de galaxies, et sont appelés lentilles gravitationnelles.
En fonction de la masse et de la configuration géométrique des objets composant la lentille gravitationnelle, les rayons lumineux peuvent non seulement être déviés selon plusieurs angles, donnant lieu à des images multiples (mirages gravitationnels) du quasar, mais, de plus, certaines de ces images peuvent apparaître plus brillantes que le quasar lui-même nous apparaîtrait en l'absence de la lentille gravitationnelle.
Cet effet d'amplification nous permet, en principe, d'observer des images de quasars très distants qui seraient, en l'absence d 'amplification, trop faibles pour être détectés à l'aide des télescope actuels. Les lentilles gravitationnelles nous permettent donc d'étudier des régions très éloignées de l'Univers.
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(*) Voir communiqué de presse 14A/87 de I'ESO.
(**) En astronomie, le décalage vers le rouge dénote la fraction selon
laquelle les raies sont décalées vers les grandes longueurs d'onde dans le
spectre d'une galaxie ou d'un quasar s'éloignant de nous en vertu
de l'expansion de l'Univers. Le décalage vers le rouge observé donne
une mesure de la vitesse de récession apparente, qui est elle-même
fonction de l'éloignemnent de l'objet étudié (loi de Hubble).
(Communiqué PR O6/88 du 28 juillet 1988 © ESO)
(Cet article a été publié dans le quotidien liégeois
"La Wallonie" du 2 août 1988.)