17/12/2008 -Un trou Noir dévoilé par les lentilles gravitationnelles.


Un trou noir dévoilé par les lentilles gravitationnelles:





Par Jean Etienne, Futura-Sciences

Le disque d’accrétion tournant autour du trou noir central de la Croix d’Einstein, situé à 10 milliards d’années-lumière, vient d’être détaillé pour la première fois par la puissance combinée de plusieurs lentilles et microlentilles gravitationnelles.

Prévues par l’astrophysicien américano-suisse Fritz Zwicky en 1937 en application de la théorie de la relativité d’Einstein, les lentilles gravitationnelles présentent un des aspects les plus étranges et les plus fascinants du ciel. Lorsqu’un objet très massif s’interpose entre la Terre et un astre très lointain, les rayons émis par ce dernier sont courbés par effet de gravitation avant de nous parvenir, agissant comme une loupe. On observe alors un mirage gravitationnel.

La Croix d’Einstein, un des exemples les plus connus, est formée d’un quasar situé à 10 milliards d’années-lumière de nous et alimenté par un trou noir central. L’image qui nous en parvient est multipliée par le champ de gravitation d’une galaxie dix fois moins éloignée, et nous apparaît sous la forme d’une croix.


La Croix d’Einstein, vue par le télescope spatial Hubble. Crédit Esa

 

 

Ce phénomène, qui n’est pas rare dans l’Univers, n’est pas une surprise et les exemples de « macrolentilles » foisonnent. Mais dans ce cas, les étoiles qui composent la galaxie se comportent comme autant de lentilles individuelles, induisant une amplification secondaire basée sur leur propre champ gravitationnel. Puisqu’elles sont beaucoup plus petites que la source principale, on les appelle « microlentilles ».

Et c’est ici que cela devient intéressant. Puisque ces étoiles se déplacent dans leur galaxie, l’effet des microlentilles varie avec le temps en balayant l’espace qui se trouve derrière elles. Un véritable panoramique sur le trou noir et son environnement que les chercheurs n’ont pas hésité à mettre à profit.

Panoramique cosmique:

Observée depuis la Terre sur une longue période, la luminosité de l’image quadruple du quasar (la cinquième image, centrale, étant le quasar observé dans déformation) varie autour d’une valeur moyenne. Or, la dimension angulaire de la région amplifiée par ces microlentilles est de l’ordre de quelques jours-lumière, soit approximativement la taille du disque d’accrétion du quasar.


Mirages gravitationnels observés par Hubble. Cliquer pour agrandir. Crédit Nasa/Esa

En raison d’une concentration de matière plus importante, les plus petites régions du disque, plus lumineuses, sont plus amplifiées que les régions plus étendues. De température, donc de couleurs différentes, celles-ci donnent par l’intermédiaire des microlentilles des variations de couleur des images du quasar, en plus des variations de luminosité. En étudiant ces variations durant plusieurs années, il est possible de déterminer comment la matière et l’énergie sont distribuées autour du trou noir supermassif blotti au cœur du quasar.

« Grâce à ces données exceptionnelles, nous avons pu prouver que le rayonnement le plus énergique est émis dans la région centrale située à un jour-lumière du trou noir supermassif. En outre, nous avons pu démontrer que l'énergie diminue en fonction de la distance au trou noir presque exactement comme le prédit la théorie », explique le doctorant et assistant de recherche et d'enseignement Alexander Eigenbrod, qui s’est chargé de l’analyse des données recueillies durant trois années au VLT (Very Large Telescope).

Cette avancée unique permettra de mieux comprendre la formation et l’accrétion des quasars, et d’opérer un choix parmi les nombreuses théories émises jusqu’à présent. Aucune observation directe n’avait pu être réalisée et aucune hypothèse n’avait pu être confirmée ni infirmée, surtout en ce qui concerne la région centrale du quasar, où se trouve le trou noir. La nouvelle technologie, qui permet de combiner la puissance des plus grands télescopes de la planète avec plusieurs lentilles gravitationnelles, permet de sonder l’univers lointain sur une échelle inférieure au millionième de seconde d’arc, soit la surface d’une pièce de monnaie vue à 2 millions de kilomètres (six fois la distance Terre-Lune).

« Les nouvelles observations de la Croix d’Einstein obtenues avec le VLT favorisent clairement un modèle dans lequel le quasar est actionné par la rotation du trou noir central », conclut Georges Meylan, professeur d’astrophysique et directeur du laboratoire d'astrophysique de l’EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne).

 

 

Schéma de principe d’une lentille gravitationnelle. Crédit Nasa/Hubble

Schéma de principe d’une lentille gravitationnelle. Crédit Nasa/Hubble

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