Crédit d'image: SDSS
La lentille gravitationnelle se produit lorsque la lumière d'un objet distant, tel qu'un quasar, est déformée par la gravité d'un objet plus proche. Les astronomes ont découvert une telle lentille, où les distorsions sont si importantes qu'elles doivent être causées par une quantité importante de matière noire - le matériau visible seul ne pourrait pas être responsable. La matière noire est prédite par son influence gravitationnelle sur les galaxies et les étoiles de l'Univers, mais jusqu'à présent, les astronomes ne sont pas vraiment sûrs de ce que c'est; que ce soit de la matière ordinaire trop froide pour être vue de la Terre ou une sorte de particule exotique.
Les scientifiques de Sloan Digital Sky Survey ont découvert un quasar à lentilles gravitationnelles avec la plus grande séparation jamais enregistrée et, contrairement aux attentes, ont constaté que quatre des quasars les plus éloignés et les plus lumineux connus ne sont pas à lentilles gravitationnelles.
La théorie de la relativité générale d'Albert Einstein prédit que l'attraction gravitationnelle d'un corps massif peut agir comme une lentille, courbant et déformant la lumière d'un objet distant. Une structure massive quelque part entre un quasar éloigné et la Terre peut «cristalliser» la lumière d'un quasar, rendant l'image sensiblement plus lumineuse et produisant plusieurs images d'un objet.
Dans un article publié dans l'édition du 18/25 décembre du magazine NATURE, une équipe de Sloan Digital Sky Survey (SDSS) dirigée par les étudiants diplômés de l'Université de Tokyo, Naohisa Inada et Masamune Oguri, rapporte que quatre quasars à proximité sont, en fait, la lumière à partir d'un quasar divisé en quatre images par lentille gravitationnelle.
Plus de 80 quasars à lentilles gravitationnelles ont été découverts depuis que le premier exemple a été trouvé en 1979. Une douzaine de quasars à lentilles catalogués sont des découvertes du SDSS, dont la moitié sont le résultat du travail d'Inada et de son équipe.
Mais ce qui rend cette dernière découverte si dramatique, c'est que la séparation entre les quatre images est deux fois plus grande que celle de tout quasar à lentilles gravitationnelles précédemment connu. Jusqu'à la découverte de ce quasar à lentille quadruple, la plus grande séparation connue dans un quasar à lentille gravitationnelle était de 7 secondes d'arc. Le quasar trouvé par l'équipe SDSS se trouve dans la constellation du Lion mineur; il se compose de quatre images séparées par 14,62 secondes d'arc.
Pour produire une séparation aussi importante, la concentration de matière à l'origine du cristallin doit être particulièrement élevée. Il y a un amas de galaxies au premier plan de cette lentille gravitationnelle; la matière noire associée à l'amas doit être responsable de la grande séparation sans précédent.
«Des observations supplémentaires obtenues au télescope Subaru de 8,2 mètres et au télescope Keck ont confirmé que ce système est en effet une lentille gravitationnelle», explique Inada. "Les quasars diviseraient autant par la lentille gravitationnelle devraient être très rares, et ne peuvent donc être découverts que dans de très grands levés comme le SDSS."
Oguri a ajouté: «La découverte d'une telle lentille gravitationnelle large parmi plus de 30 000 quasars SDSS étudiés à ce jour est parfaitement cohérente avec les attentes théoriques des modèles dans lesquels l'univers est dominé par la matière noire froide. Cela offre des preuves solides supplémentaires pour de tels modèles. » (La matière sombre froide, contrairement à la matière sombre chaude, forme des amas serrés, du genre qui provoque ce type de lentille gravitationnelle.)
"La lentille gravitationnelle que nous avons découverte fournira un laboratoire idéal pour explorer la relation entre les objets visibles et la matière noire invisible dans l'univers", a expliqué Oguri.
Dans un deuxième article qui sera publié dans le Astronomical Journal en mars 2004, une équipe dirigée par Gordon Richards de l'Université de Princeton a utilisé la haute résolution du télescope spatial Hubble pour examiner quatre des quasars connus les plus éloignés découverts par SDSS à la recherche de signes de lentille gravitationnelle .
Regarder à de grandes distances en astronomie revient dans le temps. Ces quasars sont vus à une époque où l'univers était à moins de 10% de son âge actuel. Ces quasars sont extrêmement lumineux et seraient alimentés par d'énormes trous noirs dont la masse est plusieurs milliards de fois celle du Soleil. Les chercheurs ont déclaré que la façon dont ces trous noirs massifs auraient pu se former si tôt dans l'univers est un véritable mystère. Pourtant, si ces objets sont gravités par lentilles gravitationnelles, les chercheurs du SDSS déduiraient des luminosités sensiblement plus petites et donc des masses de trous noirs, ce qui faciliterait l'explication de leur formation.
«Plus un quasar est éloigné, plus il est probable qu'une galaxie se situe entre lui et le spectateur. C'est pourquoi nous nous attendions à ce que les quasars les plus éloignés soient verrouillés », a expliqué le chercheur du SDSS Xiaohui Fan de l'Université d'Arizona. Cependant, contrairement aux attentes, aucun des quatre ne montre le moindre signe d'images multiples qui soit la marque de l'objectif.
«Seule une petite fraction des quasars sont soumis à une lentille gravitationnelle. Cependant, les quasars aussi brillants sont très rares dans l'univers lointain. Étant donné que la lentille rend les quasars plus lumineux et donc plus faciles à détecter, nous nous attendions à ce que nos quasars éloignés soient les plus susceptibles d'être lentillés », a suggéré Zoltan Haiman, membre de l'équipe de Columbia University.
"Le fait que ces quasars ne soient pas cristallisés indique que les astronomes doivent prendre au sérieux l'idée que des quasars quelques milliards de fois la masse du Soleil se sont formés moins d'un milliard d'années après le Big Bang", a déclaré Richards. "Nous recherchons maintenant plus d'exemples de quasars à haut décalage vers le rouge dans le SDSS pour donner aux théoriciens des trous noirs encore plus supermassifs à expliquer."
Source d'origine: communiqué de presse SDSS
