En novembre 1915, Albert Einstein publia sa célèbre théorie de la relativité générale, qui révolutionna la physique et changea notre vision de l'univers.
Un élément clé de la théorie générale de la relativité est qu'un objet massif, tel que des planètes, des étoiles, des galaxies ou des amas de galaxies peut avoir des conséquences dramatiques sur le «tissu» de l'Univers, appelé «espace-temps». Dans des conditions normales, la lumière traverse l’espace en ligne droite, mais un objet massif plie l’espace-temps de manière à ce qu’elle se déplace sur une trajectoire courbe. Ainsi, nous pourrons peut-être voir la lumière déformée de galaxies lointaines, qui passe à travers des galaxies massives sur le chemin de la Terre.
Et bien sûr, il existe de nombreux exemples causés par ces mécanismes, connus sous le nom de «lentille gravitationnelle». Ces artefacts peuvent être utilisés pour augmenter les capacités des télescopes les plus puissants.
Dans cette image, prise par le télescope spatial Hubble et l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le chat de Cheshire nous regarde. En fait, cet amas de galaxies est situé à une distance de 4 milliards d'années-lumière de la Terre dans la constellation de la Grande Ourse. Une partie de la lumière de ces galaxies était déformée et courbée lors de son passage dans l'Univers, jusqu'à ce qu'elle atteigne nos télescopes.
Ce diagramme donne une bonne idée du fonctionnement d’une lentille gravitationnelle. La lumière émanant d'une galaxie lointaine traverse l'espace et entoure un groupe de galaxies au premier plan. Fait intéressant, la masse de grappes de galaxies au premier plan a un effet similaire sur ce faisceau lumineux, à la manière d’une lentille en verre placée devant une flamme de bougie. La lentille gravitationnelle vous permet d'améliorer la lumière de galaxies lointaines, créant une lentille naturelle dans l'espace, qui autrement serait restée trop sombre pour être vue.
Bien sûr, l’alignement de la Terre, d’une lentille gravitationnelle et d’une galaxie lointaine n’est pas toujours parfait. De plus, l’objet situé à l’avant des planètes a généralement une forme irrégulière. Ces facteurs font que les galaxies lointaines ressemblent à des arcs. La même galaxie avec différentes lentilles gravitationnelles peut être conçue différemment.
Cette image, prise par le télescope spatial Hubble, présente un groupe de galaxies Abell 370, dans lequel vous pouvez voir plusieurs arcs visibles de lumière galactique. Souvent, pour définir des dimensions claires, ces arcs peuvent être reconstruits pour montrer l’aspect de la galaxie sans distorsion.
Ceci est un autre amas massif de galaxies, Abell 2218, qui regorge d’excellents exemples de galaxies à lentilles gravitationnelles. Ces arcs sont la lumière de galaxies situées 5 à 10 fois plus loin de la Terre qu’un amas de galaxies. Abell 2218 amplifie la faible lumière des galaxies qui existaient il y a plus de 13 milliards d'années, moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Ces arcs sont vraiment des artefacts du début des temps.
Si l'alignement est parfait et que l'objectif est moins complexe qu'un amas de galaxies, vous pouvez voir des cercles de lumière ou des fers à cheval presque parfaits, la lumière d'une galaxie lointaine se déformant à 360 degrés autour de l'objectif. Par exemple, le passage d'un trou noir massif isolé devant une galaxie lointaine pourrait créer une scène aussi dramatique.
Comme vous pouvez le voir sur cette image frappante obtenue par la grille Atakam Large Millimeter / Submillimeter Grid (en abrégé: ALMA. Anglais: Atacama Large Millimeter / submillimeter Array), la lumière d’une galaxie lointaine formait un cercle complet, appelé à juste titre «l’anneau d’Einstein». SDP.81, une ancienne galaxie formant des étoiles, est le meilleur exemple de l'anneau d'Einstein aujourd'hui.
Parfois, plusieurs images du même objet peuvent être vues autour des lentilles gravitationnelles. Une ancienne supernova peut être observée sur cette image étonnante, qui a été amplifiée à de nombreuses reprises par une gigantesque galaxie contenue dans la grappe MACS J1149.6 + 2223, située à 5 milliards d'années-lumière. La supernova elle-même est située à une distance de 400 000 000 années-lumière de plus et a été réfractée quatre fois autour de l'objectif. Une telle structure est connue sous le nom de «croix d'Einstein».
