Microlentille gravitationnelle

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

La microlentille gravitationnelle est un phénomène utilisé en astronomie pour détecter des corps célestes en utilisant l'effet de la lentille gravitationnelle. En général, cette dernière ne permet de 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). La microlentille permet d'étudier les objets qui n'émettent que peu ou pas de lumière.

La probabilité d'un alignement pouvant donner un effet de microlentille gravitationnelle est évaluée à une étoile sur un million. 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.

L'observation par microlentilles a permis de détecter pour la première fois un objet isolé^[Lequel ?] en 1993. Depuis, la microlentille gravitationnelle est utilisée pour déterminer la nature de la matière noire, détecter des exoplanètes, voire 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 stellaires, de mesurer la rotation stellaire, d'étudier les amas globulaires et de sonder les quasars.

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 multiples images tordues, agrandies ou plus brillantes de la 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 galaxies) pour être visible par un télescope performant 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 soit visible.

Cependant, l'augmentation de la luminosité apparente peut toujours être détectée. Dans une telle situation, la lentille passe devant la source dans un délai allant de quelques secondes à plusieurs années. Lors du changement d'alignement, le changement de la luminosité de la source survient et peut être enregistré et étudié. Ainsi, une microlentille gravitationnelle est un phénomène transitoire se passant, contrairement à une lentille gravitationnelle faible et forte, sur échelle de temps beaucoup plus courte.

Contrairement aux lentilles gravitationnelle forte ou faible, les effets d'une microlentille gravitationnelle se détectent à l'aide de plusieurs observations photométriques échelonnées dans le temps afin d'en tirer une courbe de lumière. Le graphique suivant donne un exemple typique de courbe de lumière :

Exemple de courbe de lumière lors d'un événement de microlentille gravitationnelle (OGLE-2005-BLG-006) avec son modèle (en rouge)

Plusieurs facteurs peuvent cependant donner des formes atypiques à la courbe de lumière engendrée par l'effet de microlentille 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 donner 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 faible taille. Dans le cas de microlentilles qui sont très brillantes ou qui changent très rapidement, 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 événements s'étendant sur plusieurs mois, le mouvement de la Terre autour du Soleil peut changer l'alignement avec le corps observé, ce qui modifie la courbe de la lumière.

Observation

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 tels 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.

Une étude sur six ans utilisant cette technique a montré que la présence de 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 jovienne, une sur deux a une exoplanète de masse semblable à Neptune et deux sur trois sont des super-Terres.

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).

Bibliographie

• (en) A. F. Boden, M. Shao et D. van Buren, « Astrometric Observation of MACHO Gravitational Microlensing », Astrophysical Journal, vol. 502, n^o 2,‎ 1998, p. 538 (DOI 10.1086/305913, Bibcode 1998ApJ...502..538B, arXiv astro-ph/9802179, résumé, lire en ligne)
• (en) F. Delplancke, K. M. Górski et A. Richichi, « Resolving gravitational microlensing events with long-baseline optical interferometry », Astronomy and Astrophysics, vol. 375, n^o 2,‎ 2001, p. 701–710 (DOI 10.1051/0004-6361:20010783, Bibcode 2001A&A...375..701D, arXiv astro-ph/0108178, résumé, lire en ligne)