Microlentille gravitationnelle

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Différents Anneaux d'Einstein partiels pris par le télescope spatial Hubble

La microlentille gravitationnelle est une technique utilisée en astronomie pour détecter des exoplanètes - objets stellaires dans l'espace en utilisant l'effet de la lentille gravitationnelle. En général, les astronomes ne peuvent détecter que des objets lumineux qui émettent beaucoup de lumière (comme les étoiles) ou des objets étendus qui bloquent la lumière de fond (nuages de gaz ou de poussière). Ces objets constituent qu'une infime partie de la masse de la galaxie. La microlentille permet d'étudier les objets qui n'émettent que peu ou pas de lumière.

Quand une étoile distante ou un quasar est suffisamment aligné avec un objet massif et compact de premier plan (probabilité d'un alignement pouvant donner un effet de microlentille gravitationnelle : une étoile sur un million), la lumière courbée par le champ gravitationnel, comme l'avait prévu Einstein en 1915, donne deux images distordues avec un grossissement observable. La période de luminosité éphémère dépend de la masse de l'objet de premier plan ainsi que du mouvement propre relatif entre la 'source' d'arrière plan et l'objet 'lentille' de premier plan.

Comme l'observation par microlentille ne repose pas sur les radiations reçues de l'objet lentille, cet effet permet donc aux astronomes d'étudier des objets massifs même à peine visibles. C'est donc une technique idéale pour étudier de tels objets à peine visibles ou noirs comme les naines brunes, les naines rouges, les planètes, les naines blanches, les étoiles à neutrons, les trous noirs et les Massive compact halo objects. De plus, l'effet de la microlentille est indépendant de la longueur d'onde, permettant d'étudier les objets sources qui émettent n'importe quel rayonnement électromagnétique.

L'observation par microlentilles a permis de détecter un objet isolé la première fois en 1993. Depuis, la microlentille gravitationnelle est utilisée pour déterminer la nature de la matière noire, détecter des exoplanètes et bientôt des exolunes, étudier l'assombrissement centre-bord dans des étoiles distantes, déterminer la population d'étoiles binaires et déterminer la structure du disque de la Voie lactée. La microlentille a aussi été proposée comme moyen de trouver des trous noirs et des naines brunes, d'étudier les taches solaires, de mesure la rotation stellaire, d'étudier les amas globulaires et de sonder les quasars.

Une étude sur six ans utilisant cette technique a montré que les planètes orbitant autour des étoiles de la Voie lactée serait la règle et non l'exception. Les observations des projets PLANET et OGLE ont permis de découvrir 3 exoplanètes dont une super-Terre. L'analyse montre qu'une étoile sur six de la Voie lactée a une exoplanète de type Jupiter, une sur deux a une exoplanète de masse semblable à Neptune et deux sur trois sont des super-Terres.

Fonctionnement

La microlentille est basée sur l'effet d'une lentille gravitationnelle. Un objet massif (la lentille) courbe la course de la lumière émise par un objet en arrière de lui (la source). Ceci peut générer de multiple image de la source mais qui sont distordue, agrandie ou égayé. source.

La microlentille est causée par le même phénomène physique que la lentille gravitationnelle forte et la lentille gravitationnelle faible, mais l'observation d'une microlentille se fait grâce à des techniques différentes. Dans la lentille forte ou faible, la masse de la lentille est assez élevée (masse d'une galaxie ou d'un amas de galaxie) pour être visible par un télescope haute définition tel que le télescope spatial Hubble. Avec une microlentille, la masse de la lentille est trop faible (masse d'une planète ou une étoile) pour que le changement de direction de la lumière sois visible mais l'augmentation de la luminosité apparente peut toujours être détectée. Dans une telle situation, la lentille passera devant la source dans un délai allant de quelques secondes à plusieurs années. Lors du changement d'alignement, un changement apparent de la luminosité de la source surviendra et elle pourra être enregistré et étudié. Ainsi, un microlentille gravitationnelle est un phénomène transitoire se passant, contrairement à une lentille gravitationnelle faible et forte, à l'échelle de temps d'un homme.

Contrairement au lentilles gravitationnelle forte ou faible, une observation unique ne peut démontrer qu'une microlentille gravitationnelle est en cours. En fait, l'augmentation et la baisse de luminosité de la source doit être enregistrée dans le temps à l'aide de la photométrie. Cette fonction entre la luminosité et le temps est appelée courbe de lumière. Voici un exemple typique de courbe de lumière :

Un événement de microlentille est très simple vu qu'un seul paramètre peut être extrait : l'échelle de temps, laquelle est reliée à la masse de sa lentille et à sa vélocité. Cependant, plusieurs facteurs peuvent donner des formes plus atypiques à l'effet de lentille gravitationnelle :

• Distribution de la masse de la lentille. Si la masse de la lentille n'est pas concentrée en un seul point, la courbure de la lumière peut être très différente de la normale, particulièrement avec l'effet caustique, lequel peut montrer des pics très forts dans la courbure de la lumière. Ceci peut être vu dans le cas où la lentille est une étoile binaire ou une exoplanète.
• Une source de taille finie. Dans le cas de microlentilles qui sont très brillantes ou qui changent très vite, comme l'effet caustique, l'étoile source ne peut être traitée comme un point infinitésimal de lumière : la taille du disque stellaire et même l'assombrissement centre-bord peuvent modifier de manière extrême la courbure de la lumière.
• La parallaxe. Pour des événement durant plusieurs mois, le mouvement de la Terre autour du Soleil peut changer l'alignement un peu, ce qui modifie la courbe de la lumière.

La plupart des efforts est actuellement mis sur la recherche sur les événements de microlentille insolites, spécialement ceux qui permettraient de découvrir de nouvelles exoplanètes. Bien que n'ayant toujours pas été observée, une autre manière de prendre de nouvelle information de événement de microlentille permettrait de mieux mesurer le décalage astrométrique de la position de la source durant la course de l'événement et même la résolution des images séparées par interférométrie.

Notes et références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Gravitational microlensing » (voir la liste des auteurs)