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| 23.02.08 |
De nouvelles
perspectives pour étudier la matière noire |
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Une équipe internationale1 d'astronomes, conduite par un chercheur
du CNRS et une astronome de l’Université d'Heidelberg, vient de
faire une découverte importante qui pourrait bien nous éclairer
sur la répartition de la matière sombre dans l’Univers.
Ils ont en effet réalisé la prouesse d’identifier 67 lentilles
gravitationnelles autour de galaxies massives. Les lentilles gravitationnelles,
appelées « lentilles fortes » quand elles sont observées, comme
dans le cas présent, autour de galaxies très massives permettent
d’étudier la répartition de la masse dans ces galaxies et donc
d’étudier la répartition de cette mystérieuse matière invisible
: la matière sombre.
Ce nouveau catalogue obtenu à partir d'images du démontre la diversité des lentilles gravitationnelles
dans l’Univers. Si l’échantillon observé est représentatif, près
d’un demi-million de lentilles fortes seraient présentes sur toute
la voûte céleste, ce qui constituerait une source d’information
exceptionnelle pour étudier la matière sombre.
Lentilles gravitationnelles
Le phénomène de lentille gravitationnelle apparaît lorsque la
lumière d'une galaxie lointaine qui voyage dans notre direction
est amplifiée et déformée par un objet massif qui se trouve entre
nous et la galaxie. L’objet massif qui constitue la lentille est
en général une autre galaxie ou un amas de galaxies. Le phénomène
de lentille est dit fort lorsque la densité de masse atteint un
seuil critique à partir duquel on peut observer plusieurs images
de la galaxie lointaine, on parle d’images multiples ou d’arcs
gravitationnels (qui ne sont autre que la fusion de 2 ou 3 images
multiples).
'L'étude de la forme et de la position des images gravitationnelles
permet aujourd'hui de bien mieux comprendre la distribution de
masse dans les objets « lentilles » et nous apporte notamment
de précieuses informations sur la distribution de la matière sombre'
précise Jean-Paul Kneib, chercheur au (LAM). On s’attend à ce que les
lentilles fortes autour de galaxies massives soient beaucoup plus
communes que les « arcs géants » observer à plusieurs reprises
par le télescope Hubble. Cependant elles sont plus difficiles
à détecter car moins étendues et de formes beaucoup plus variées.
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Quelques images prises avec le satellite Hubble où l’on
voit clairement apparaître les effets
gravitationnels.
Crédits
NASA/ESA Hubble space telescope / C. Faure (Zentrum Für Astronomie
Heidelberg),
J.P.Kneib (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille)
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Un minutieux travail d’analyse
Ainsi, pour tenter d’identifier ces incroyables lentilles naturelles
de l'Univers, une équipe internationale de chercheurs menée par
Cécile Faure (Zentrum für Astronomie, Université de Heidelberg)
et Jean-Paul Kneib (LAM) a analysé une série d’images en très haute
résolution du champs COSMOS 2 (images obtenues à partir des observations
effectuées par l'Advanced Camera for Surveys (ACS) montée sur le
télescope Hubble) couvrant une région de près de 2 degrés carré
sur le ciel (ou neuf fois la taille de la Lune). Ces observations
ont été complétées par des images obtenues avec des télescopes au
sol, comme le télescope Canada-France-Hawaii et le Very Large Telescope
(VLT). 'Nous avons dû inspecter chaque image du champ
à la recherche de lentilles gravitationnelles fortes puis nous avons
effectué une série de tests afin de juger si l'image de la galaxie
lointaine et la galaxie lentille étaient bien des objets différents,
et non une seule galaxie avec une forme complexe.' nous dit
Cécile Faure.
Une découverte particulièrement importante
Grâce à ce travail minutieux d’analyse, cette équipe a réussi la
prouesse d’identifier 67 nouvelles lentilles gravitationnelles fortes
autour de galaxies elliptiques et lenticulaires (à peine plus d’une
centaine était connue jusqu’à ce jour). Ce type de galaxies est
à la fois pauvre en gaz et poussière et ne possède pas de bras spiraux.
'On observe généralement une lentille gravitationnelle comme
une série d'arcs ou des objets ponctuels brillants dans un amas
de galaxies. Ce que l'on a observé ici est un phénomène similaire,
mais à une échelle beaucoup plus petite : l'échelle des galaxies
elliptiques, qui pèsent quelques centaines à quelques milliers de
milliards de fois la masse du Soleil', nous dit Jean-Paul Kneib.
A partir de cette nouvelle découverte, l'équipe de chercheurs va
pouvoir mesurer avec précision la masse des galaxies elliptiques,
et mesurer la contribution des grandes structures dans la formation
de ces images gravitationnelles. Parmi les nouvelles lentilles identifiées,
les plus impressionnantes d'entre elles montrent les images distordues
et allongées d’une ou deux galaxies lointaines. Au moins quatre
de ces systèmes ont un anneau d'Einstein, c'est-à-dire une image
complètement circulaire qui apparaît lorsque la galaxie lointaine,
la galaxie massive qui agit comme lentille, et le télescope Hubble
sont parfaitement alignés.
Des perspectives prometteuses
Ce nouveau résultat confirme que l'Univers est rempli de lentilles
gravitationnelles fortes. Une extrapolation de ce résultat sur l'ensemble
du ciel permet de prévoir l'existence de près d’un demimillion de
lentilles fortes! «A partir de ce nouvel échantillon constitué «
à l'oeil nu », nous allons calibrer des logiciels robots qui permettront
de découvrir de nouvelles lentilles fortes dans les images d'archives
du télescope Hubble» précise Jean-Paul Kneib.
L'étude de ces lentilles va permettre aux astronomes d'étudier la
distribution de matière sombre au sein des galaxies lentilles. Lorsque
le nombre de lentilles gravitationnelles découvertes sera suffisamment
important, les astronomes pourront recenser avec une très grande
précision toute la matière présente dans l'Univers et confronter
le résultat issu de leurs observations avec les modèles cosmologiques.
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