Une galerie de lentilles gravitationnelles capturées par le télescope spatial Hubble de la NASA met en valeur la diversité de ce phénomène cosmique et jette les bases des observations de suivi par le télescope spatial Nancy Grace Roman, selon la NASA.
Le lentillage gravitationnel, prédit pour la première fois par Albert Einstein, se produit lorsque la gravité d'un objet massif du premier plan, tel qu'une galaxie ou un amas de galaxies, plie, déforme et amplifie la lumière d'un objet d'arrière-plan plus lointain. L'effet est similaire à celui d'une lentille géante dans l'espace qui permet aux astronomes de voir des objets beaucoup plus éloignés que ce que n'importe quel télescope pourrait voir seul, indique la NASA.
Les lentilles de cette image se sont formées grâce à l'alignement précis d'une galaxie d'arrière-plan lointaine avec la masse d'une galaxie du premier plan, créant des images déformées et amplifiées de la galaxie d'arrière-plan qui apparaissent sous forme d'arcs autour de la galaxie du premier plan.
Les astronomes utiliseront ces observations d'une population nombreuse et variée de lentilles gravitationnelles pour construire des modèles de lentilles qui aideront à déterminer quelle quantité de masse se trouve dans la galaxie du premier plan du système de lentillage – et potentiellement à confirmer ou infirmer une théorie sur la matière noire. Les astronomes étudient le degré de distorsion des galaxies d'arrière-plan lentillées pour déterminer la quantité et la distribution de la masse dans la galaxie du premier plan, y compris sa matière noire invisible, selon la NASA.
Hubble observe le cosmos principalement en lumière visible et ultraviolette, avec une certaine couverture infrarouge, offrant une vue complète et à haute résolution d'objets individuels. Roman observe principalement la lumière infrarouge et une partie de la lumière visible, sur un champ de vision beaucoup plus large, afin de créer des panoramas de l'univers. Bien que Hubble offre une meilleure vue des lentilles individuelles, Roman sera capable de capturer davantage de lentilles grâce à son champ de vision plus large. Si Roman découvre une lentille particulièrement intéressante, les chercheurs pourraient utiliser Hubble pour effectuer des observations de suivi en exploitant ses capacités en lumière visible et UV pour des objets individuels, indique la NASA.
Grâce à l'imagerie à haute résolution de Hubble et à des modèles précis, les chercheurs devraient également être en mesure de détecter de petites imperfections dans ces arcs de galaxies lentillées gravitationnellement qui indiqueraient la présence de petits amas de matière noire. Les chercheurs pourraient utiliser ces amas précédemment non détectés pour confirmer la théorie de la matière noire froide, qui prédit l'existence de nombreux petits amas de matière noire d'une masse comprise entre un million et un milliard de masses solaires. En revanche, le halo de matière noire de notre galaxie, la Voie lactée, a une masse d'environ 1,3 billion de masses solaires, selon la NASA.
En étudiant les images de lentilles de Hubble en détail, les chercheurs ont l'intention de construire un outil d'intelligence artificielle pour rechercher efficacement des arcs similaires dans les futures images de Roman. Les images de Hubble devraient non seulement produire leurs propres résultats sur la matière noire, mais aussi ouvrir la voie à l'analyse du plus grand échantillon de lentilles de Roman, selon la NASA.
Les lentilles uniques de cette image présentent certaines des différentes caractéristiques que les chercheurs observeront lorsqu'ils collecteront une variété nombreuse et diversifiée de lentilles à tester dans leurs modèles. Le panneau A est un exemple de configuration arc-contrearc, dans laquelle la galaxie d'arrière-plan lentillée apparaît comme une paire d'arcs dupliqués. La galaxie lentillée est amplifiée par une paire de galaxies du premier plan dont la masse combinée plie la lumière de la galaxie d'arrière-plan autour d'elles.
Le panneau F est un anneau d'Einstein, dans lequel l'alignement de la galaxie d'arrière-plan et de la masse approximativement sphérique de la lentille du premier plan est si parfaitement disposé que la galaxie lentillée entoure presque entièrement la galaxie du premier plan. Le panneau I montre une galaxie lentillée en quadruple image, dans laquelle la galaxie d'arrière-plan est répliquée quatre fois, apparaissant comme des points flous autour de la galaxie du premier plan. Le panneau C montre également une galaxie lentillée en quadruple image, avec des nœuds doubles qui sont très probablement de fortes régions de formation d'étoiles dans la galaxie d'arrière-plan.
Certaines des galaxies d'arrière-plan amplifiées et déformées apparaissent bleues et d'autres rouges. Ces arcs bleuâtres indiquent de jeunes étoiles, tandis que les arcs rougeâtres indiquent des étoiles plus âgées. Roman et Hubble exploreront ces différences pour mieux comprendre comment les galaxies ont évolué plus tôt dans l'univers, selon la NASA.
La plupart des galaxies du premier plan servant de lentilles sont des galaxies elliptiques, qui sont plus âgées, plus denses et plus compactes. Les images lentillées des galaxies d'arrière-plan ne se produisent que lorsque la densité de masse de la galaxie du premier plan atteint un point critique, selon la NASA.
Mais toutes ces galaxies du premier plan ne sont pas des elliptiques, et les chercheurs peuvent utiliser ces différences pour explorer les chemins évolutifs suivis par ces galaxies. Dans le panneau G, la galaxie du premier plan apparaît allongée, ce qui peut être réel ou un effet de perspective, et dans les panneaux B et F, les galaxies du premier plan semblent avoir des bras spiraux.
La galaxie du premier plan du panneau D présente une bande de poussière visible, ce qui est rare dans une galaxie lentille et le genre de détail que la vision nette en lumière visible de Hubble excelle à révéler. La galaxie d'arrière-plan lentillée pourrait être un anneau d'Einstein, la bande de poussière « interrompant » notre vue de l'anneau. Comme la lumière infrarouge est moins obscurcie par la poussière, les futures observations infrarouges de Roman pourraient aider à déterminer si les arcs forment un anneau d'Einstein plus complet, selon la NASA.
Ces fortes lentilles ont été détectées pour la première fois avec l'Instrument Spectroscopique de l'Énergie Noire au Kitt Peak. Hubble les a ensuite observées, et Roman effectuera de nouvelles observations. Des images comme celles-ci sont un exemple du genre d'efforts collaboratifs qui ont lieu régulièrement entre les grands observatoires de la NASA pour construire une image complète du cosmos. Alors que Roman rejoint la famille des grands observatoires spatiaux qui incluent Hubble, l'Observatoire de rayons X Chandra et le télescope spatial James Webb, une nouvelle fenêtre s'ouvre sur l'univers, révélant des vues auparavant cachées tout en élargissant notre connaissance cosmique pour toute l'humanité, selon la NASA.
Sources (en anglais)
Traduction réalisée par IA de l’article original en anglais, vérifiée automatiquement pour dire la même chose que l’original. Les sources ont été vérifiées en anglais.