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Des “croix d’Einstein” fantomatiques repérées dans l’espace profond pourraient aider à résoudre le mystère de la matière noire

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Un quatuor éblouissant d’images “fantômes” bleuâtres et rayonnantes représentant un quasar à 8 milliards d’années-lumière de la Terre, l’étrange croix d’Einstein semble suffisamment étrange pour que, pour un œil non averti, elle puisse sembler totalement déplacée dans notre cosmos. Un autre mot qui peut venir à l’esprit en le regardant, du moins pour certains, pourrait être “fabriqué”.

Cependant, malgré son aspect visuel saisissant, la croix d’Einstein est loin d’être la preuve d’une mégastructure extraterrestre lointaine. En fait, il est tout à fait conforme aux prédictions du célèbre physicien à qui il emprunte son nom.

La forme en forme de croix d’aspect surnaturel du QSO 2237+0305, comme on l’appelle formellement, est en fait le résultat de la lentille gravitationnelle intense d’un seul quasar reposant directement derrière la galaxie ZW 2237+030, autrement connue sous le nom de Lentille de Huchra.

Croix d'Einstein
Le QSO 2237+0305, la croix d’Einstein “originale”, est un quasar à lentille gravitationnelle situé derrière le centre de la galaxie connue sous le nom de lentille de Huchra (Crédit : NASA/domaine public).

La lentille gravitationnelle se produit lorsque la lumière d’une source lointaine est courbée par la gravité de la masse entre elle et un observateur sur une grande distance. Dans le cas de QSO 2237 + 0305, sa position directement derrière le centre de la lentille de Huchra fait que la lumière produite par le quasar est façonnée dans l’orientation distinctive en forme de croix. Le même effet, bien que dans des conditions légèrement différentes, donne également naissance à ce que l’on appelle les anneaux d’Einstein, où la lentille gravitationnelle détourne la lumière d’une étoile lointaine, ce qui donne ce qui ressemble à un halo comme un anneau de lumière.

La croix d’Einstein a été découverte pour la première fois en 1985 par l’astronome John Huchra et plusieurs collègues, bien qu’ils n’aient initialement pas été en mesure de discerner les quatre images projetées distinctes du quasar, la détectant à la place par des observations de décalages vers le rouge variables. Depuis lors, plusieurs autres croix d’Einstein ont été découvertes dans notre univers, bien qu’elles restent rares car les astronomes ne sont toujours pas sûrs des endroits où elles sont susceptibles d’apparaître et leur détection repose sur la collecte d’images spéciales.

“Nous n’avons aucune idée de l’endroit où les rechercher exactement”, a déclaré François Mignard de l’Université de la Côte d’Azur en France en 2021, à la suite de la découverte de 12 nouvelles croix d’Einstein par le groupe de travail Gaia Gravitational Lenses (GraL). D’après Mignardles trouver “nécessite une imagerie à haute résolution spatiale juste pour localiser les candidats”, ce qui rend leur détection extrêmement difficile.

Dans l’étude de 2021, dont les résultats ont été publiés dans Le Journal d’Astrophysique, l’équipe Gaia s’est appuyée sur l’apprentissage automatique pour aider à détecter les quasars qui ont été soumis à une forte lentille gravitationnelle à partir de la publication de données 2 de Gaia. Même dans les cas où des croix d’Einstein apparentes avaient été détectées, l’équipe devait encore confirmer s’il aurait pu y avoir un alignement entièrement séparé de quatre sources indépendantes qui ressemblaient simplement à l’orientation familière en forme de croix qu’ils recherchaient.

Une aide supplémentaire pour déterminer les candidats probables pour les croix d’Einstein a été fournie par le Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA, qui a aidé l’équipe à localiser les zones qui ont ensuite été soumises à la spectroscopie à partir de télescopes à divers endroits sur le terrain. En combinant leurs observations, il restait 12 candidats dont il a été confirmé qu’ils étaient de vrais quasars d’Einstein Cross.

Croix d'Einstein
B1608+656, un quasar à lentille gravitationnelle que l’ESA a qualifié de “parmi les cinq meilleurs” jamais découverts (Crédit :
ESA/Hubble, NASA, Suyu et al).

Outre leur apparence frappante, les croix d’Einstein pourraient également jouer un rôle important en aidant les astronomes à comprendre la physique derrière l’expansion continue de notre univers, et pourquoi son taux de croissance s’accélère. Actuellement, notre compréhension de la gravité ne rend pas pleinement compte de la raison pour laquelle il y aurait un rythme toujours plus rapide auquel notre univers continue de s’étendre. Pour aider à expliquer cela, les physiciens s’appuient sur la présence hypothétique d’énergie noire, une substance invisible qui est censée contrer les effets de la gravité à partir de sources de masse plus facilement détectables, provoquant ainsi l’expansion de l’univers à son taux d’accélération actuel.

En 2017, une équipe de chercheurs a concentré ses observations sur de grandes galaxies positionnées devant des quasars lointains, conditions idéales pour produire des croix d’Einstein. De telles galaxies sont incapables de déformer la lumière des quasars derrière elles dans des orientations sphériques parfaites puisque les deux objets ne sont pas parfaitement alignés. Cela fait que la lumière des quasars distants suit des chemins qui possèdent des longueurs variables. Sur cette base, les astronomes se sont également appuyés sur le fait que la magnitude de la lumière produite par les quasars change avec le temps, ce qui produit un effet de “scintillement” où les délais entre les scintillements représentent une mesure de la longueur du trajet de la lumière dans un cas donné ( voir vidéo ci-dessous).

Selon l’étude de l’équipe de 2017, ces retards sont également directement liés à la constante de Hubble, impliquant la relation proportionnelle entre la vitesse à laquelle une galaxie s’éloigne de la Terre et sa distance. En d’autres termes, les chercheurs ont pu utiliser leurs observations de quasars à lentille gravitationnelle pour tester la constante de Hubble.

“Notre méthode est le moyen le plus simple et le plus direct de mesurer la constante de Hubble”, a déclaré Frédéric Courbin de l’EPFL, en Suisse, co-responsable de l’étude de 2017, ajoutant que la méthode de son équipe “n’utilise que la géométrie et la relativité générale, aucune autre hypothèses.” Sur la base de ces découvertes, les chercheurs obtiennent non seulement une image plus claire de l’univers en expansion, mais également du rôle que l’énergie noire peut jouer dans l’image cosmique plus large.

La croix d’Einstein originale, située dans la constellation de Pégase, est en partie visible pour les astronomes amateurs à l’aide d’un télescope dans des conditions idéales. En présence d’un ciel très sombre, il est nécessaire de le regarder à travers un télescope possédant un miroir d’un diamètre de 18 pouces ou plus pour produire des résultats optimaux. Pour plus d’informations, des détails supplémentaires sur l’affichage de la croix d’Einstein peut être trouvé sur cette page FAQ.

Micah Hanks est rédacteur en chef et cofondateur de The Debrief. Suivez son travail sur micahhanks.com et sur Twitter : @MicahHanks.

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