Des mirages dans le cosmos

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Début février, le STSCI (Institut scientifique du télescope spatial Hubble) a rendu publique une image extraordinaire prise avec le plus célèbre des télescopes. L’image, qui ouvre cet article, montre, autour d’un amas de galaxies lointain, un jeu délicat d’auréoles bleutées, à l’étrange symétrie. J’y reviendrai plus loin… Mais, au delà de la découverte qu’annonce le communiqué de presse du STSCI, centré sur l’image du télescope spatial, il est intéressant de remonter à la source de cette découverte, de montrer comment elle a été rendu possible, de révéler l’effort incroyable que doivent faire les astronomes aujourd’hui pour explorer l’Univers. C’est comme cela, seulement, que la photographie prise par Hubble prend tout son sens…

La clé, et l’origine, de cette histoire, c’est le nom de cet amas de galaxies : RCS2 032727-132623. RCS2 ? Red Sequence Cluster Survey n°2. 032727-132623 ? Ce sont les coordonnées, en ascension droite et en déclinaison (la longitude et la latitude, dans le ciel), de l’astre observé : désormais, le nombre d’objets célestes détectés par les télescopes est tellement énorme que les astres sont ainsi nommés, avec en en-tête, le nom du relevé scientifique ou du télescope, suivi d’un numéro, les coordonnées de l’astre, donc. Le RCS2 est un grand relevé astronomique, c’est à dire un scan complet de plusieurs régions célestes, effectué en 2008 avec le télescope franco-canadien d’Hawaï (CFHT)….

Le RCS2 a réalisé son objectif : le relevé a permis la découverte d’environ vingt mille amas de galaxies, jusqu’à une distance de l’ordre de sept milliards d’années-lumière… L’analyse des champs photographiés par le couple CFHT/Megacam est humainement impossible : Equivalent à une photographie qui compterait une centaine de milliards de pixels, le RCS2 a enregistré plusieurs centaines de millions de galaxies, perdues parmi plusieurs millions d’étoiles… C’est donc à un logiciel d’intelligence artificielle, doué pour l’astronomie, appelé PPP (Picture Processing Package), qu’a été confié la tâche pharaonique de trouver les amas galactiques et, parmi eux – oui, on y arrive – le fameux amas RCS2 032727-132623…

Cet amas de galaxies, situé à environ cinq milliards d’années-lumière de la Terre, exhibe une masse totale de plus de cent mille milliards de masses solaires. Or, on sait depuis 1915 et la publication de la théorie de la relativité générale par Albert Einstein, que l’espace-temps est déformé par les masses qu’il contient. Chaque astre de l’Univers – planète, étoile, galaxie, amas – est en quelque sorte un « puits gravitationnel » dans la trame de l’espace-temps : les rayons lumineux qui passent non loin d’un astre, quel qu’il soit, sont légèrement déviés dans leur trajectoire, ils suivent non plus une ligne droite, mais une géodésique de l’espace-temps ; en bref, leur trajectoire s’incurve en passant non loin du puits gravitationnel. Le cas extrême de cette courbure de l’espace-temps, c’est bien sûr le trou noir : le puits, ici, est sans fond, la lumière « tombe dedans », et on ne voit plus rien. Les astronomes, depuis une vingtaine d’années, mettent à profit cet extraordinaire phénomène naturel, car, comme dans l’Univers, la plupart des structures ont une symétrie sphérique, l’espace courbé autour des masses cosmiques se comporte comme une véritable lentille : il agrandit la taille de l’astre se trouvant par hasard exactement dans l’axe Terre-lentille et amplifie sa luminosité, d’un facteur pouvant atteindre 10 à 100 fois…

nous observons aujourd’hui cette galaxie telle qu’elle existait voici dix milliards d’années, c’est à dire moins de quatre milliards d’années après le big bang –…

La galaxie RCS2 032727-132609 (ou plutôt les divers arcs lumineux qui la représentent) est désormais la plus lumineuse et la plus grande galaxie connue dans l’Univers très lointain

Regardez bien la photographie prise par Hubble… Ce document est exceptionnel. D’abord, l’alignement géométrique entre la Terre, l’amas de galaxies et la galaxie amplifiée est d’une extraordinaire perfection : sur les quelques dizaines de milliers d’amas enregistrés par le RCS2, seuls une cinquantaine se sont révélés comme des amas lentilles… Le champ de l’image, à la distance de l’amas lentille, mesure un peu plus d’un million d’années-lumière. L’amas RCS2 032727-132623 contient des centaines de galaxies, dont Hubble parvient, ici, à percevoir quelques dizaines seulement : ce sont des galaxies elliptiques géantes, de couleur jaune : chacune d’entre elles compte cent à mille milliards d’étoiles…

Au dessus et à gauche de l’amas, et en bas et à droite, apparaissent les « mirages gravitationnels », bleutés : il s’agit de quatre images, déformées, de la galaxie RCS2 032727-132609, située en réalité cinq milliards d’années-lumière derrière l’amas. La puissance de la lentille gravitationnelle est telle qu’il est possible de reconnaître une galaxie spirale, parcourue de zones de formation d’étoiles. Même si, bien sûr, l’image de la galaxie RCS2 032727-132609 est déformée, elle constitue une source d’information unique pour les astronomes. Ils connaissent déjà la distance de cette galaxie (dix milliards d’années-lumière, sa masse, dix milliards de masses solaires, sa luminosité réelle, six fois plus importante que celle de la Voie lactée… Les astronomes savent déjà qu’ils ont sous les yeux une jeune et brillante galaxie spirale, qui produit près de quatre vingt nouvelles étoiles par an, c’est à dire cent fois plus – à masse égale – que la Voie lactée aujourd’hui !

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