C’est lors d’un travail de routine sur des images de Hubble que des astronomes ont eu la surprise de découvrir une croix d’Einstein, un mirage gravitationnel, correspondant à la démultiplication par quatre de l’image d’une supernova.
Le physicien russe Danilovich Khvolson, dans un article publié en 1924, est certainement le premier à prendre conscience que les distributions de masses pouvaient agir sur des rayons lumineux à la façon d’une loupe.
Il fallut atteindre 1936, qu’Albert Einstein publie un article sur le même sujet, pour que l’effet de lentille gravitationnelle soit pris en considération. En 1937, Fritz Zwicky se rend compte que l’effet est bien plus important lorsqu’on prend en considération des corps plus massifs, les galaxies et même les amas de galaxies.
Il a ensuite fallu attendre jusqu’en 1979 pour que les prédictions d’Einstein et Zwicky se concrétisent, lors de l’observation du désormais célèbre quasar Jumeau, une image en double exemplaire causée par une galaxie située à 3,7 milliards années-lumière de la Voie lactée.
Suite à cette observation, plus d’une centaine de quasars subissant un effet de lentille gravitationnelle causé par une galaxie ou un amas de galaxies ont été découverts.
C’est pratiquement par hasard, en dépouillant les images fournies par Hubble, que l’astronome Patrick Kelly, de l’université de Berkeley, a eu la surprise de découvrir un nouvel avatar d’une croix d’Einstein.
Mais pour la première fois, ce mirage gravitationnel correspondait à une multiplication par quatre de l’image. Autre particularité, l’image ne concernait pas un quasar, mais une supernova.
C’est dans un article publié dans la revue Science qu’une équipe internationale d’astronomes a présenté cette croix d’Einstein en tant qu’héritage d’Einstein et Zwicky, à l’occasion du centenaire de la théorie de la relativité générale d’Einstein.
Grâce aux analyses spectrales pratiquées avec les instruments du W.M. Keck Observatory au sommet du Mauna Kea, à Hawaï, il a été permis de déterminer que la supernova est distante de 9,3 milliards d’années-lumière. Il s’agit de la première fois que l’on découvre un effet de lentille gravitationnelle associé à une supernova, bien que ce phénomène ait été envisagé depuis de très nombreuses années.
C’est depuis 2013 que les membres de la collaboration Glass tentent de découvrir une croix d’Einstein. Ils ne s’attendaient pas à en découvrir une avec une supernova. Elle a été observée le 11 novembre 2014. La luminosité de l’explosion a été multipliée par 20 à cause de l’effet de la lentille gravitationnelle.
Alors que tout cela est déjà très spectaculaire, le plus spectaculaire est que les astrophysiciens et les cosmologistes ont été capables d’utiliser un modèle numérique pour prédire les effets de lentilles générés par l’amas.
C’est ainsi qu’ils ont déduit que les quatre images observées de la supernova, dans le cas de MACS J1149.6+2223, ont commencé à être visibles à quelques jours ou quelques semaines d’intervalle.
Les rayons lumineux issus de l’explosion se sont faufilés à travers une distribution inhomogène de matière noire, empruntant des trajets de longueurs différentes.
De fait, une première image de la supernova devait être déjà visible il y a environ 20 ans, mais associée à une autre galaxie de l’amas, alors qu’une cinquième image devrait apparaître d’ici 5 ans.
Maintenant que cela a été déterminé, les astrophysiciens vont bien évidemment impatiemment guetter cette apparition.
L’occurrence de cette supernova a été prédite par les modèles de matière noire actuels. Son observation va permettre d’obtenir de précieuses informations pour tester et affiner ces modèles qui, à leur tour, serviront à mieux explorer et comprendre les amas de galaxies et les distributions de matière noire qui leur sont associées.
Pour finir, il faut encore préciser que cette supernova a été baptisée Refsdal, en hommage à l’astronome norvégien Sjur Refsdal, un scientifique qui avait prédit en 1964 que l’effet de lentille gravitationnelle pouvait se manifester avec des délais multiples dans l’apparition des images de l’explosion. [VIDÉO]