Quel est l'effet connu sous le nom de lentille gravitationnelle? Comment ça marche? Quels objets pourraient provoquer cet effet?
Réponses:
La lentille gravitationnelle est la flexion de la lumière par des objets massifs entre l'observateur (nous) et une source de lumière de fond. C'est une prédiction directe de la théorie d'Einstein de la relativité générale, et a été testée et confirmée par Sir A Further Eddington lors de la célèbre exlipse solaire du 29 mai 1919 , où la position apparente d'une étoile très proche du soleil a été observée à un endroit différent - la position exacte a été prédite avec succès par GR.
Il existe de nombreuses situations qui peuvent donner lieu à des lentilles gravitationnelles. Ces régimes sont les suivants:
Lentille forte
La lentille forte est la forme de lentille gravitationnelle la plus étonnante et, comme son nom l'indique, nécessite un objet extrêmement massif et un bon alignement entre la lentille et la source. Les amas de galaxies sont la cause la plus fréquente de lentilles gravitationnelles fortes. Les arcs partiels, les arcs complets ( anneaux d'Einstein ) et les images multiples sont tous de fortes caractéristiques de lentille gravitationnelle que l'on peut observer. Certains des objets les plus étudiés produisant de fortes caractéristiques de lentilles gravitationnelles sont les amas d'Abell , dont le plus célèbre est Abell 1689 (image ci-dessous).
Les caractéristiques de lentille fortes comme les arcs et les anneaux sont généralement dues à des objets étendus (comme les galaxies d'arrière-plan qui ne font pas partie de l'amas lui-même), et les images multiples (principalement les systèmes à quatre images) sont généralement des objets comme les quasars d'arrière-plan.
Lentille faible
Une lentille gravitationnelle faible se produit beaucoup plus fréquemment qu'une lentille forte. Les lentilles peuvent être des amas (dans leurs régions extérieures), des galaxies individuelles ou même une structure à grande échelle dans l'univers. Une lentille faible n'est pas un effet perceptible à l'œil, mais doit être effectuée statistiquement. Les ellipticités d'un champ de galaxies de fond sont observées sur une grille et sont moyennées statistiquement ensemble pour créer le signal de lentille faible. Les distorsions de forme de ces galaxies de fond dues à la lentille sont à l'échelle du pourcentage. Une hypothèse importante est cependant faite, à savoir que les isophotes des galaxies (lignes de lumière constante) sont elliptiques et que leurs orientations sont complètement aléatoires. Avec ça, tout filetle cisaillement tangentiel produit est dû à la lentille gravitationnelle. Dans l'image ci-dessous (du coin supérieur gauche au coin inférieur droit), le cadre supérieur gauche montre un champ non galactique de galaxies circulaires et à sa droite immédiate montre l'effet de la lentille. L'image en bas à droite a ajouté un bruit de forme (un champ «réaliste» de galaxies d'arrière-plan), et à sa droite se trouve la façon dont le champ se cristalliserait.
Enfin, des effets de distorsion de forme d'ordre supérieur, notamment Flexion , peuvent produire des sources de galaxies étendues non seulement pour cisailler, mais pour fléchir. C'est actuellement une chose difficile à mesurer.
Microlentille
La microlentille est un régime de lentille qui est le plus courant à l'échelle de la galaxie de la Voie lactée. Cela peut se produire lorsque les étoiles de fond passent derrière les étoiles de premier plan. La microlentille est en fait assez forte pour produire plusieurs images de l'étoile d'arrière-plan, mais comme les séparations d'images sont si petites (échelle micro-arcseconde - d'où le nom), ce que nous observons (car une résolution angulaire d'une micro-arcseconde est difficile à réaliser ) est un changement dans le flux lorsque l'objet se déplace vers et hors de l'alignement avec l'objet massif intermédiaire. Il est intéressant de noter que la microlentille s'est avérée utile pour détecter les planètes autour des systèmes de lentilles stellaires.
La lentille gravitationnelle est l'effet que de grandes quantités de gravité ont sur le trajet de la lumière. Voici un exemple de l'effet:
L'animation montre un trou noir passant devant une galaxie (simulé). En théorie, tout objet ayant une densité de masse surfacique supérieure à la densité de masse surfacique critique pourrait produire de tels effets similaires.
Ce qui se passe, c'est que la lumière se déplace en ligne droite le long du tissu espace-temps. Lorsqu'un objet très massif se trouve dans le tissu, il plie le tissu - puisque la lumière suit une ligne droite sur le tissu , la ligne est également pliée. Cela signifie que la lumière va dans une ligne non droite, et donc un effet de lentille.
Selon ce tutoriel de la NASA , la lentille gravitationnelle est lorsque la lumière émise par un objet distant sera courbée par le champ gravitationnel d'un grand objet, comme une galaxie, qui se trouve entre nous et l'objet distant.
Un diagramme résumant cet effet est ci-dessous:
Source: "Découverte d'une lentille gravitationnelle inhabituelle" (Courbin et al.)
Une étoile passe devant une autre de notre point de vue. Au lieu de simplement bloquer la lumière de l'étoile éloignée, la lumière de l'étoile éloignée qui était auparavant dirigée vers un côté, l'autre côté, au-dessus, en dessous, - en fait tout autour de l'autre étoile - est maintenant courbée par l'influence de la gravité de l'étoile voisine sur les photons. En conséquence, plus de photons finissent par se diriger vers nous qu'auparavant.
Quels objets provoqueraient cet effet? Un objet massif passant devant une étoile.