Galaxy Cluster Abell 2218 déformant la lumière de plusieurs galaxies plus éloignées. Crédit d'image: ESO. Cliquez pour agrandir.
Cinquante ans après sa mort, le travail d'Albert Einstein fournit encore de nouveaux outils pour comprendre notre univers. Une équipe internationale d'astronomes a maintenant utilisé un phénomène prédit par Einstein en 1936, appelé lentille gravitationnelle, pour déterminer la forme des étoiles. Ce phénomène, dû à l'effet de la gravité sur les rayons lumineux, a conduit au développement de techniques d'optique gravitationnelle, dont la microlentille gravitationnelle. C'est la première fois que cette technique bien connue est utilisée pour déterminer la forme d'une étoile.
La plupart des étoiles dans le ciel sont ponctuelles, ce qui rend très difficile l'évaluation de leur forme. Les progrès récents de l'interférométrie optique ont permis de mesurer la forme de quelques étoiles. En juin 2003, par exemple, l'étoile Achernar (Alpha Eridani) s'est avérée être l'étoile la plus plate jamais vue, en utilisant les observations du Very Large Telescope Interferometer (voir le communiqué de presse de l'ESO pour plus de détails sur cette découverte). Jusqu'à présent, seules quelques mesures de la forme stellaire ont été signalées, en partie en raison de la difficulté d'effectuer de telles mesures. Il est cependant important d'obtenir d'autres déterminations précises de la forme stellaire, car ces mesures aident à tester les modèles stellaires théoriques.
Pour la première fois, une équipe internationale d'astronomes [1], dirigée par N.J. Rattenbury (du Jodrell Bank Observatory, UK), a appliqué des techniques de lentilles gravitationnelles pour déterminer la forme d'une étoile. Ces techniques reposent sur la flexion gravitationnelle des rayons lumineux. Si la lumière provenant d'une source lumineuse passe à proximité d'un objet massif de premier plan, les rayons lumineux seront courbés et l'image de la source lumineuse sera modifiée. Si l'objet massif de premier plan (la «lentille») est ponctuel et parfaitement aligné avec la Terre et la source lumineuse, l'image modifiée vue depuis la Terre aura la forme d'un anneau, ce que l'on appelle «l'anneau d'Einstein». Cependant, la plupart des cas réels diffèrent de cette situation idéale et l'image observée est modifiée de manière plus compliquée. L'image ci-dessous montre un exemple de lentille gravitationnelle par un amas de galaxies massives.
La microlentille gravitationnelle, telle qu'utilisée par Rattenbury et ses collègues, repose également sur la déviation des rayons lumineux par gravité. La microlentille gravitationnelle est le terme utilisé pour décrire les événements de lentille gravitationnelle où la lentille n'est pas suffisamment massive pour produire des images résolvables de la source d'arrière-plan. L'effet peut toujours être détecté car les images déformées de la source sont plus lumineuses que la source sans lentille. L'effet observable de la microlentille gravitationnelle est donc un grossissement apparent temporaire de la source de fond. Dans certains cas, l'effet de microlentille peut augmenter la luminosité de la source de fond d'un facteur pouvant atteindre 1 000. Comme déjà souligné par Einstein, les alignements requis pour que l'effet de microlentille soit observé sont rares. De plus, comme toutes les étoiles sont en mouvement, l'effet est transitoire et non répétitif. Les événements de microlentille se produisent sur des échelles de temps allant de quelques semaines à plusieurs mois et nécessitent la détection d'enquêtes à long terme. De tels programmes d'enquête existent depuis les années 90. Aujourd'hui, deux équipes d'enquête fonctionnent: une collaboration Japon / Nouvelle-Zélande connue sous le nom de MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) et une collaboration polonaise / Princeton connue sous le nom OGLE (Optical Gravitational Lens Experiment). L'équipe MOA observe de Nouvelle-Zélande et l'équipe OGLE du Chili. Ils sont pris en charge par deux réseaux de suivi, MicroFUN et PLANET / RoboNET, qui exploitent une douzaine de télescopes à travers le monde.
La technique de microlentille a été appliquée pour rechercher de la matière noire autour de notre Voie lactée et d'autres galaxies. Cette technique a également été utilisée pour détecter des planètes en orbite autour d'autres étoiles. Pour la première fois, Rattenbury et ses collègues ont pu déterminer la forme d'une étoile en utilisant cette technique. L'événement de microlentille utilisé a été détecté en juillet 2002 par le groupe MOA. L'événement est nommé MOA 2002-BLG-33 (ci-après MOA-33). Combinant les observations de cet événement par cinq télescopes au sol avec des images HST, Rattenbury et ses collègues ont effectué une nouvelle analyse de cet événement.
La lentille de l'événement MOA-33 était une étoile binaire, et de tels systèmes de lentilles binaires produisent des courbes de lumière à microlentilles qui peuvent fournir beaucoup d'informations sur la source et les systèmes de lentilles. La géométrie particulière de l'observateur, de la lentille et des systèmes de source pendant l'événement de microlentille MOA-33 signifiait que le grossissement observé en fonction du temps de l'étoile source était très sensible à la forme réelle de la source elle-même. La forme de l'étoile source dans les événements de microlentille est généralement supposée sphérique. L'introduction de paramètres décrivant la forme de l'étoile source dans l'analyse a permis de déterminer la forme de l'étoile source.
Rattenbury et ses collègues ont estimé que l'étoile de fond du MOA-33 était légèrement allongée, avec un rapport entre le rayon polaire et le rayon équatorial de 1,02 -0,02 / + 0,04. Cependant, étant donné les incertitudes de la mesure, une forme circulaire de l'étoile ne peut pas être complètement exclue. La figure ci-dessous compare la forme de l'étoile de fond MOA-33 avec celles récemment mesurées pour Altair et Achernar. Alors que Altair et Achernar ne sont qu'à quelques parsecs de la Terre, l'étoile de fond du MOA-33 est une étoile plus éloignée (à environ 5000 parsecs de la Terre). En effet, les techniques interférométriques ne peuvent être appliquées qu'aux étoiles brillantes (donc proches). Au contraire, la technique de microlentille permet de déterminer la forme d'étoiles beaucoup plus éloignées. En effet, il n'existe actuellement aucune technique alternative pour mesurer la forme des étoiles distantes.
Cette technique nécessite cependant des configurations géométriques très spécifiques (et rares). À partir de considérations statistiques, l'équipe a estimé qu'environ 0,1% de tous les événements de microlentille détectés auront les configurations requises. Environ 1000 événements de microlentille sont observés chaque année. Ils devraient devenir encore plus nombreux dans un avenir proche. Le groupe MOA met actuellement en service un nouveau télescope à champ large de 1,8 m fourni par le Japon qui détectera les événements à un rythme accru. Un groupe dirigé par les États-Unis envisage également de planifier une mission spatiale appelée Microlensing Planet Finder. Ceci est conçu pour fournir un recensement de tous les types de planètes dans la galaxie. En tant que sous-produit, il détecterait également des événements comme le MOA-33 et fournirait des informations sur la forme des étoiles.
Source d'origine: Observatoire de Jodrell Bank
