Mirage Gravitationnel : De la Théorie d’Einstein aux Observations Astronomiques

Gravité et Mirage : Déformations de la Lumière en Astrophysique

En astrophysique, la gravité agit non seulement sur la matière, mais aussi sur la lumière, déformant son trajet à travers l’espace-temps. Ce phénomène, appelé lentille gravitationnelle, découle de la théorie de la relativité générale d’Einstein, selon laquelle une masse courbe la géométrie de l’espace-temps environnant. Ainsi, lorsqu’un objet massif comme un amas de galaxies se situe entre une source lumineuse lointaine et l’observateur, il agit comme une lentille naturelle, déviant et amplifiant les rayons lumineux. Ce "mirage gravitationnel" peut produire des effets spectaculaires tels que des arcs lumineux, des anneaux d’Einstein ou des images multiples d’un même objet céleste. Ces distorsions permettent non seulement de détecter des objets invisibles comme la matière noire, mais aussi de sonder l’univers lointain avec une précision inégalée, en révélant des galaxies situées à des milliards d’années-lumière.

Gravité et Illusion : Quand l’Espace-Temps Trompe Nos Sens

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 (déformation) 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 de la relativité générale 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 au centre. 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 Théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein (1879-1955), plusieurs mirages gravitationnels ont depuis été observés par Hubble. 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.

Dans le cas d'un 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.