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Lentilles gravitationnelles : des étoiles dévoilées aux confins de l’Univers

Des cosmologistes viennent d'obtenir une photo présentant les étoiles les plus vieilles jamais observées. Par un astucieux procédé s'appuyant sur des lois de la physique et de l'optique, ils nous présentent des étoiles vieilles de 13,4 milliards d'années !

L'amas Abell 2218 par le télescope spatial Hubble Des arcs sont parfaitement visibles, images d'étoiles situées très au-delà de l'amas. En encadré les images des deux étoiles de 13,4 milliards d'années. © HST/keck/Nasa/Esa

Cette photo publiée par l’Esa et la Nasa nous montre des étoiles telles qu’elles étaient il y a 13,4 milliards d’années. Soit seulement un milliard d’années après le big-bang. Elle présente un amas d’environ un million d’étoiles concentrées en un espace d’à peine 500 années-lumière.

Pour obtenir ce résultat, les astronomes ont dû utiliser le télescope spatial Hubble et le plus grand télescope terrestre, Keck avec son miroir de 10 m de diamètre, situé à Hawaii.

Depuis Einstein, on sait que la lumière peut être déviée de sa trajectoire rectiligne à proximité d’un corps massif (étoile, galaxie…). Lorsque cette lumière frappe un télescope, la direction dont elle semble provenir n’est donc pas celle de l’astre qui l’a émise. D’où la formation de mirages gravitationnels.

Les “lentilles gravitationnelles“ donnent différents types d’images d’une étoile... si cette lentille est sphérique, l’image apparaît comme des anneaux d’Einstein (en haut) ;si elle est ovale, elle apparaît sous la forme de quatre images distinctes (milieu); s’il s’agit d’un amas de galaxies alors on voit ces étoiles très lointaines comme des arcs (en bas). © DR

Une équipe internationale de chercheurs a pensé à se servir d’un amas de galaxies, Abell 2218, distant de 2 milliards d’années-lumière de la Terre, comme d’une ''lentille cosmique'' pour amplifier la très faible luminosité d’étoiles situées bien au-delà de cette distance. Ils ont cherché, par calcul et à partir de clichés pris par Hubble en 1994 et 1995, quel serait le point de cette ''loupe cosmique'' où la lumière des étoiles serait la plus idéalement concentrée, donc la plus facilement observable. Ils ont ensuite pointé le télescope Keck en direction de ce point aux printemps 2000 et 2001. Et obtenu ce cliché unique.

Sans cet ''effet loupe'' naturel, la lumière de ces étoiles ''primitives'' n’aurait jamais pu être détectée sur les images de ciel profond prises par Hubble. Ce cliché est donc un témoignage exceptionnel de la manière dont l’Univers s’est organisé au tout début de son existence, avant même la formation de galaxies.

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