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mirage gravitationnel

En astronautique, ensemble des images d'un astre lointain qui sont dues à la courbure des rayons lumineux issus de cet astre provoquée par la présence d'un objet massif situé sur la ligne de visée et plus proche de l'observateur.

PHYSIQUE

Historique

Le phénomène de mirage gravitationnel est l'une des prédictions fondamentales de la théorie de la relativité générale formulée en 1916 par A. Einstein. Son nom a été forgé par analogie avec le phénomène de mirage optique : de même que celui-ci s'explique par la variation du pouvoir réfringent de l'air due à la forte élévation de température au voisinage d'une surface chaude (sable, asphalte, etc.), dans un mirage gravitationnel la déviation des rayons lumineux résulte de l'accroissement rapide de l'intensité de la force de gravitation au voisinage d'une masse importante.

La première observation d'un mirage gravitationnel eut lieu à l'occasion de l'éclipse totale de Soleil du 29 mai 1919, lorsqu'une expédition conduite au Brésil par l'astrophysicien britannique A. Eddington mesura une variation de la position des étoiles observées près du bord du Soleil conforme à ce qu'avait prévu Einstein. Cependant, le phénomène de mirage gravitationnel peut être plus impressionnant. En effet, si le déflecteur présente une quantité de masse par unité de volume supérieure à une valeur critique (ce qui est en général le cas pour les galaxies lointaines et les amas de galaxies), on peut s'attendre à observer plusieurs images d'une source lumineuse située derrière le déflecteur. Un tel phénomène a été observé pour la première fois en 1979, lorsqu'une équipe américaine découvrit deux images d'un même quasar de part et d'autre d'une galaxie déflectrice. Puis, en 1987, une équipe française découvrit au centre de l'amas de galaxies Abell 370 un arc géant, fusion de trois images déformées d'une même galaxie source. Le déflecteur est alors une lentille gravitationnelle, qui amplifie et déforme les sources lumineuses situées à l'arrière-plan. Ces deux effets sont d'autant plus importants que la masse du déflecteur est importante et que la source est lointaine.

Intérêt pour l'astrophysique

L'étude des images multiples et du champ de déformation des galaxies vues au travers d'une lentille gravitationnelle révèle de manière directe la distribution de masse du déflecteur. Les masses ainsi déterminées confirment l'abondance de matière noire dans l'Univers. Des approches statistiques permettent aussi d'évaluer la masse moyenne des galaxies. Une application prometteuse de ces techniques réside dans la cartographie complète de la distribution de masse, des galaxies jusqu'aux plus grandes structures de l'Univers (amas et superamas de galaxies). La détermination précise de la distribution de masse des amas de galaxies permet d'utiliser ces derniers comme lentilles : en effet, grâce à l'amplification gravitationnelle de la lumière qu'ils provoquent, on observe des galaxies intrinsèquement plus faibles que celles du champ. De plus, comme les déformations des galaxies dépendent de leur distance, la mesure de leur forme est un très bon moyen d'estimer leur distance. Enfin, comme l'effet de mirage gravitationnel est sensible à la distribution de masse, il offre un moyen de mettre en évidence la présence d'objets massifs et compacts (naines brunes, naines blanches, etc.) dans le halo et au centre de notre galaxie. En effet, si un tel corps passe devant une étoile, il va amplifier son éclat par effet de mirage gravitationnel : on parle alors d'effet de microlentille. La probabilité d'observer ce phénomène est très faible et dépend essentiellement de l'abondance des astres massifs et compacts. Cette technique est également appliquée à la recherche de planètes autour d'autres étoiles que le Soleil.