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 De nouvelles perspectives pour étudier la matière noire

Publié le 8 décembre 2008

Découverte de nombreux arcs gravitationnels et images multiples autour de galaxies avec le télescope Hubble



Une équipe internationale 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 télescope NASA/ESA Hubble Space Telescope 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.

A propos des 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 Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (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.

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 COSMOS1 (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 COSMOS 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 demi-million 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.

Communiqué NASA/ESA Hubblle Space Télescope :
http://www.spacetelescope.org/news/...

Vous pouvez consulter l’article scientifique à l’adresse suivante :
http://arxiv.org/abs/0802.2174

Le site des lentilles fortes dans COSMOS :
http://cosmosstronglensing.uni-hd.de/

Le premier communiqué de presse sur COSMOS
le lien ESA : http://www.spacetelescope.org/news/...
le lien CNRS:http://www2.cnrs.fr/presse/communiq...



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