La lumière d'une galaxie lointaine voyage vers nous pendant des milliards d'années, mais en chemin, elle peut rencontrer un amas de galaxies massif. Sa gravité agit comme un verre déformant : elle courbe la trajectoire des rayons, et au lieu d'une seule image, nous en voyons plusieurs — parfois en arcs, parfois en points. Habituellement, ces « lentilles » produisent des motifs simples, mais dans l'amas MS 0451.6-0305, le télescope James Webb a capté quelque chose de plus subtil.
À deux endroits différents derrière l'amas, la lumière s'est courbée de telle sorte que des figures ressemblant à une queue d'aronde fourchue sont apparues. Les astronomes appellent cela une « queue d'aronde » — un type rare de lentille gravitationnelle où l'image de la source est multipliée non pas en deux ou quatre, mais en un plus grand nombre de copies, qui s'alignent en un motif caractéristique. Dans le premier système, à une distance correspondant à un âge de l'Univers d'environ 2,5 milliards d'années, une petite partie d'une galaxie avec deux amas d'étoiles denses s'est retrouvée à l'intérieur de ce motif. Ces amas sont visibles à quatre endroits, et dans deux d'entre eux, la lumière est amplifiée plus de 300 fois. Cela a permis de distinguer des détails de moins d'un parsec — comme si l'on voyait des quartiers individuels dans une ville à l'autre bout de la Terre.
Le deuxième système est encore plus lointain : la lumière nous est parvenue d'une galaxie telle qu'elle était seulement un milliard d'années après le Big Bang. Là, le motif est encore plus complexe, c'est pourquoi les astronomes n'ont utilisé que les correspondances d'images les plus fiables pour construire un modèle de la lentille. Il en ressort que différents amas sont amplifiés de 20 à 200 fois, et leurs tailles vont de fractions de parsec à 18 parsecs. C'est la première fois que deux « queues d'aronde » sont trouvées dans un même amas, et cela montre que ces lentilles rares peuvent agir comme des microscopes naturels, révélant des détails minuscules dans des galaxies des époques les plus reculées.
L'amas MS 0451.6-0305 a joué le rôle d'une loupe géante qui n'a pas simplement étalé la lumière en arcs, mais l'a focalisée en plusieurs points brillants. Et dans ces points, nous avons vu ce qui serait autrement resté indiscernable : des amas stellaires individuels de la taille d'une petite partie de galaxie, mais si éloignés que sans la lentille, leur lumière se serait fondue en une seule tache sombre.
Une lentille gravitationnelle peut amplifier la lumière d'un objet lointain des centaines de fois, mais elle en déforme aussi la forme — comme si vous regardiez une ampoule à travers un verre irrégulier et en voyiez plusieurs reflets.
Dans le roman « La Lumière des étoiles lointaines », des astronomes utilisent une lentille gravitationnelle pour observer la surface d'une planète dans une autre galaxie — un peu comme fonctionnent les « queues d'aronde » de cet article.