Le ciel nocturne attire et impressionne depuis longtemps une personne avec de nombreuses étoiles. Un télescope amateur peut voir une plus grande variété d'objets de l'espace lointain - une abondance d'amas, sphériques et dispersés, de nébuleuses et de galaxies proches. Mais il existe des phénomènes extrêmement spectaculaires et intéressants que seuls de puissants instruments astronomiques peuvent détecter. Parmi ces trésors de l'univers se trouvent les événements de lentille gravitationnelle, et parmi eux se trouvent les soi-disant croix d'Einstein. De quoi s'agit-il, nous le découvrirons dans cet article.
Lentilles spatiales
Une lentille gravitationnelle est créée par un champ gravitationnel puissant d'un objet avec une masse significative (par exemple, une grande galaxie), accidentellement pris entre l'observateur et une source de lumière distante - un quasar, une autre galaxie ou un brillant supernova.
La théorie de la gravité d'Einstein considère les champs gravitationnels comme des déformations du continuum espace-temps. En conséquence, les lignes le long desquelles les rayons lumineux se propagent dans les intervalles de temps les plus courts (lignes géodésiques) sont égalementsont courbés. En conséquence, l'observateur voit l'image de la source lumineuse déformée d'une certaine manière.
Qu'est-ce que la "croix d'Einstein" ?
La nature de la distorsion dépend de la configuration de la lentille gravitationnelle et de sa position par rapport à la ligne de visée reliant la source et l'observateur. Si la lentille est strictement symétrique sur la ligne focale, l'image déformée se révèle être en forme d'anneau, si le centre de symétrie est décalé par rapport à la ligne, alors un tel anneau d'Einstein peut être divisé en arcs.
Avec un décalage suffisamment fort, lorsque les distances couvertes par la lumière diffèrent de manière significative, la lentille forme des images à points multiples. La croix d'Einstein, en l'honneur de l'auteur de la théorie de la relativité générale, dans le cadre de laquelle des phénomènes de ce type ont été prédits, est appelée l'image quadruple de la source lentille.
Quasar aux quatre visages
L'un des objets quadruples les plus "photogéniques" est le quasar QSO 2237+0305 appartenant à la constellation Pégase. C'est très loin: la lumière émise par ce quasar a parcouru plus de 8 milliards d'années avant d'atteindre les objectifs des caméras des télescopes terrestres et spatiaux. Il convient de garder à l'esprit en ce qui concerne cette croix d'Einstein qu'il s'agit d'un nom propre, bien que non officiel, et qu'il s'écrit avec une lettre majuscule.
En haut de la photo se trouve la croix d'Einstein. La tache centrale est le noyau de la galaxie lentille. La photo a été prise par l'espacele télescope Hubble.
La galaxie ZW 2237+030, agissant comme une lentille, est 20 fois plus proche que le quasar lui-même. Fait intéressant, en raison de l'effet de lentille supplémentaire produit par des étoiles individuelles, et éventuellement des amas d'étoiles ou des nuages massifs de gaz et de poussière dans sa composition, la luminosité de chacun des quatre composants subit des changements graduels et inégaux.
Variété de formes
Peut-être pas moins beau est le quasar à lentilles croisées HE 0435-1223, presque à la même distance que QSO 2237+0305. La lentille gravitationnelle, en raison d'un ensemble de circonstances complètement aléatoires, occupe ici une position telle que les quatre images du quasar sont situées presque uniformément, formant une croix presque régulière. Cet objet extraordinairement spectaculaire est situé dans la constellation d'Eridani.
Et enfin une occasion spéciale. Les astronomes ont eu la chance de capturer sur une photographie comment une lentille puissante - une galaxie dans un énorme amas au premier plan - agrandit visuellement non pas un quasar, mais une explosion de supernova. La particularité de cet événement est qu'une supernova, contrairement à un quasar, est un phénomène de courte durée. L'explosion, surnommée la supernova de Refsdal, s'est produite dans une galaxie lointaine il y a plus de 9 milliards d'années.
Quelque temps plus tard, à la croix d'Einstein, qui a renforcé et multiplié l'ancienne explosion stellaire, un peu plus loin, une autre cinquième image a été ajoutée, tardive en raison des particularités de la structure de la lentille et, soit dit en passant, préditeà l'avance.
Dans l'image ci-dessous, vous pouvez voir le "portrait" de la supernova Refsdal, multiplié par la gravité.
Importance scientifique du phénomène
Bien sûr, un phénomène tel que la croix d'Einstein ne joue pas seulement un rôle esthétique. L'existence d'objets de ce type est une conséquence nécessaire de la théorie de la relativité générale, et leur observation directe est l'une des confirmations les plus évidentes de sa validité.
Avec d'autres effets de lentille gravitationnelle, ils attirent l'attention des scientifiques. Les croix et les anneaux d'Einstein permettent d'étudier non seulement ces sources lumineuses distantes qui ne pourraient pas être vues en l'absence de lentilles, mais aussi la structure des lentilles elles-mêmes - par exemple, la distribution de la matière noire dans les amas de galaxies.
L'étude d'images de quasars à lentilles empilées de manière inégale (y compris les images cruciformes) peut également aider à affiner d'autres paramètres cosmologiques importants, tels que la constante de Hubble. Ces anneaux et croix einsteiniens de forme irrégulière sont formés par des rayons qui ont parcouru différentes distances à différentes époques. Par conséquent, une comparaison de leur géométrie avec les fluctuations de luminosité permet d'obtenir une grande précision dans la détermination de la constante de Hubble, et donc de la dynamique de l'Univers.
En un mot, les phénomènes étonnants créés par les lentilles gravitationnelles sont non seulement agréables à l'œil, mais jouent également un rôle important dans les sciences spatiales modernes.
