PREMIÈRE OBSERVATION D'UNE LENTILLE GRAVITATIONNELLE À L'ÉCHELLE D'UNE GALAXIE

Observation de l’effet de lentille gravitationnelle

Enfin, en 1979, Dennis Walsh, radioastronome britannique, publie avec Robert Carswell et Ray Weymann l’observation d’un quasar (dénommé 0957+561) dont l’image apparaît double. Les deux images, séparées seulement de six secondes d’arc (6’’), ont des brillances voisines, des spectres quasi identiques, possèdent le même décalage spectral (z = 1,39) et sont donc émises à la même distance de la Terre. Jugeant très improbable que ces deux images soient celles de deux objets différents, très voisins l’un de l’autre mais pratiquement identiques, les auteurs de la découverte examinent l’éventualité d’un effet de lentille gravitationnelle. Dans ce cas, un seul quasar est la source de lumière et un objet massif (appelé déflecteur), situé entre ce quasar et l’observateur, joue le rôle d’une lentille en déviant (défléchissant) la lumière du quasar source. Si l’alignement était parfait, un anneau serait observé autour du déflecteur.

S’il ne l’est pas, le calcul du parcours de la lumière montre que deux images sont observées, d’éclat généralement inégal car la lentille produit un effet d’amplification de l’intensité lumineuse d’une des images. Le déflecteur massif n’est pas visible, mais une formule simple relie sa masse à la valeur de la séparation observée (6’’) entre les deux images ainsi qu’à sa distance. La masse déduite ici est de 10¹³ M_Soleil (masse du Soleil) ; elle correspond à celle d’une galaxie elliptique massive. Le fait de ne pas détecter cet objet massif sur le cliché fournit une distance minimale. Les auteurs calculent la probabilité qu’une galaxie puisse se trouver ainsi alignée avec un quasar plus lointain – on en connaît alors plus d’un millier : elle est estimée à une chance sur 100 000. Ce nombre est petit, mais assez grand pour que, par chance, ce cliché ait découvert le phénomène prédit par Einstein, causé par le Soleil et observé en 1919, mais jamais encore causé par une galaxie : une lentille gravitationnelle. L’article se conclut par une intéressante prédiction, qui sera vérifiée plus tard : si la luminosité du quasar est variable dans le temps, la brillance des deux images va également varier, mais en présentant un déphasage temporel pouvant atteindre plusieurs mois. Le chemin suivi par la lumière dans l’espace-temps, depuis le quasar jusqu’à la Terre, produisant la première image n’est pas le même que le chemin correspondant à la seconde, donc les temps de parcours de la lumière sur les deux chemins diffèrent, ce qui induit ce déphasage.

Depuis cette découverte, des dizaines d’images multiples de quasars ont été obtenues, avec deux, trois ou quatre composantes : le nombre de composantes dépend de la répartition exacte de la matière du déflecteur et de l’alignement plus ou moins précis entre l’objet lointain, le déflecteur et l’observateur.