Une nouvelle collection d'images du télescope spatial Hubble, montrant des galaxies lointaines déformées en arcs par la gravité, répond à deux objectifs, selon la NASA. Ces images devraient produire par elles-mêmes des résultats sur la matière noire et préparer les scientifiques à la moisson bien plus abondante de tels objets que le télescope spatial Nancy Grace Roman devrait fournir.
Ces objets sont des lentilles gravitationnelles, un effet prédit par Albert Einstein. Lorsqu'une galaxie massive ou un amas de galaxies se trouve devant une galaxie plus éloignée, sa gravité déforme et amplifie la lumière de l'arrière-plan. Elle agit comme une lentille naturelle qui permet aux astronomes de voir plus loin qu'aucun télescope ne pourrait le faire seul. Dans la galerie, chaque galaxie d'arrière-plan s'aligne presque exactement derrière une galaxie d'avant-plan, de sorte qu'elle apparaît sous la forme d'arcs déformés et agrandis autour de l'objet le plus proche.
À la recherche de petits amas de matière noire
Le degré de distorsion révèle la quantité de masse que contient la galaxie d'avant-plan et la façon dont cette masse est répartie, y compris la matière noire invisible. Les chercheurs prévoient de transformer un vaste échantillon varié de lentilles en modèles de lentilles à cette fin, et la NASA a indiqué que cet effort pourrait finir par étayer ou écarter une théorie de la matière noire.
La netteté de Hubble est essentielle pour ce test. Combinées à des modèles précis, ses images devraient permettre aux chercheurs de repérer de minuscules irrégularités dans les arcs qui trahiraient la présence de petits amas de matière noire, jusqu'ici non détectés. Les trouver pourrait confirmer la théorie de la matière noire froide, selon laquelle de nombreux amas de ce type existent, chacun pesant entre un million et un milliard de fois la masse du Soleil. À titre de comparaison, l'agence estime le halo de matière noire entourant la Voie lactée à environ 1,3 billion de masses solaires.
Des télescopes différents, des missions différentes
Hubble travaille principalement dans la lumière visible et ultraviolette, avec un domaine infrarouge limité, et excelle dans les vues détaillées d'objets individuels. Roman s'appuie surtout sur l'infrarouge, avec un peu de lumière visible, et balaie des portions du ciel bien plus vastes, de sorte qu'il devrait repérer beaucoup plus de lentilles. Si Roman découvre un exemple particulièrement intrigant, Hubble pourrait être sollicité pour un suivi plus approfondi. Les chercheurs comptent également utiliser l'étude détaillée des images de Hubble pour mettre au point un outil permettant de trouver efficacement des arcs comparables dans les données de Roman.
Ces lentilles fortes ont d'abord été repérées avec le Dark Energy Spectroscopic Instrument à Kitt Peak, puis photographiées par Hubble, et Roman doit les observer plus tard.
Les galaxies lentilles elles-mêmes
La plupart des galaxies lentilles de la galerie sont des elliptiques, que la NASA décrit comme plus anciennes, plus denses et plus compactes. Certaines ne le sont pas, et les chercheurs peuvent utiliser ces exceptions pour retracer l'évolution des galaxies. Les galaxies d'avant-plan des volets B et F semblent avoir des bras spiraux, tandis que celle du volet G paraît étirée, bien que l'agence précise qu'il pourrait s'agir d'un effet de perspective.
Le volet D est inhabituel, car sa galaxie d'avant-plan présente une bande de poussière visible, une caractéristique rare chez une lentille. La NASA suggère que la galaxie d'arrière-plan pourrait en réalité y être un anneau d'Einstein dont l'aspect est interrompu par cette poussière. Comme la poussière bloque moins la lumière infrarouge, les observations de Roman dans l'infrarouge pourraient révéler si les arcs se rejoignent en un anneau plus complet.
Anneaux, quadruplets et couleurs
Les images lentillées elles-mêmes prennent plusieurs formes. Le volet F montre un anneau d'Einstein, où l'alignement est si exact que la galaxie d'arrière-plan enveloppe presque entièrement la lentille. Les volets C et I montrent chacun une galaxie d'arrière-plan répétée quatre fois ; dans le C, les nœuds doubles correspondent probablement à d'intenses régions de formation d'étoiles. Dans le volet A, deux galaxies d'avant-plan courbent ensemble une galaxie d'arrière-plan en une paire d'arcs en miroir, une configuration connue sous le nom d'arc et contre-arc.
La couleur varie d'un arc à l'autre. Les arcs bleutés indiquent des étoiles jeunes et les rougeâtres des étoiles plus anciennes, des différences que les deux télescopes examineront pour comprendre comment les galaxies se sont développées dans l'Univers primitif.
Sources
- NASA Science (Public domain (US government work))
- NASA (Public domain (US government work))
- NASA Science (Public domain (US government work))
- NASA (Public domain (US government work))
- NASA (Public domain (US government work))
- NASA Scientific Visualization Studio (Public domain (US government work))
