Une lentille cosmique révèle la structure interne d'un quasar express
Un quasar lointain apparaît comme quatre points lumineux disposés en croix. C'est ainsi que la gravité d'une galaxie située sur la ligne de visée le déforme : elle agit comme un verre irrégulier et multiplie l'image. Chaque point est le même objet, mais sa lumière emprunte des chemins différents. Ainsi, lorsque le quasar s'embrase, les quatre images ne réagissent ni en même temps, ni de la même manière.
Les astronomes ont rassemblé des observations s'étalant sur 25 ans, provenant de télescopes des deux hémisphères. Ils ont mis au point une méthode pour soustraire plus précisément la lumière de la galaxie-lentille elle-même, afin qu'elle ne gêne pas. Ils ont obtenu des courbes de luminosité très propres pour chacune des quatre images. Ces courbes montrent que le scintillement n'est pas dû uniquement à la lentille elle-même, mais aussi aux étoiles à l'intérieur de celle-ci — elles agissent comme de petites lentilles supplémentaires.
De ce scintillement, ils ont réussi à extraire l'essentiel : la taille de la région lumineuse du quasar. En lumière bleue, elle s'est avérée être d'environ 10 jours-lumière de diamètre — c'est comme la distance du Soleil au nuage d'Oort. En lumière rouge, la région est nettement plus grande. Plus la longueur d'onde est longue, plus la source est étendue. La croissance est presque linéaire : la source rouge est environ deux fois plus grande que la source bleue.
Ce résultat est une preuve directe que le quasar n'est pas un point. C'est un disque de gaz incandescent autour d'un trou noir supermassif. Les parties internes, plus chaudes, émettent dans le bleu et l'ultraviolet, tandis que les parties externes, plus froides, émettent dans le rouge. C'est pourquoi la taille augmente avec la longueur d'onde. Désormais, les modèles décrivant l'émission des quasars sont soumis à un test rigoureux : ils doivent reproduire exactement cette relation de tailles.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.09160
We present an extended optical monitoring of the quadruply-imaged gravitationally lensed quasar QSO 2237+0305, the Einstein Cross, including observations from different observatories in both hemispheres and using a new photometric technique. This technique uses a region far enough from the lens system to determine accurately the sky background level, and minimises contamination from the lensing galaxy by combining analytical and numerical modeling of its structure. The resulting light curves of the four quasar images describe variations across practically the entire optical spectrum and span about 9000 days in the $$VRI$$ bands. The multi-band microlensing variability is captured with an unprecedented level of detail, and a preliminary microlensing analysis reveals an almost linear scaling of source radius with wavelength, providing direct evidence for the wavelength-dependent structure of the region contributing to optical passband fluxes. Specifically, assuming a mean microlens mass $$\langle M \rangle$$ = 0.3 $$\rm{M_{\odot}}$$ and concentric Gaussian sources that move according to the velocity distribution peaks (speed and direction) reported in a previous microlensing analysis, we find that the half-light radius of the $$g$$-band source is 9.6 $$\pm$$ 2.7 lt-day and the size of the sources grows with wavelength with a power-law index of $$\alpha$$ = 0.94 $$\pm$$ 0.05. We conclude that these long-term light curves set stringent empirical constraints on models of quasar emission and microlensing physics.
La lumière du quasar a voyagé environ 8 milliards d'années jusqu'à nous — plus de la moitié de l'âge de l'Univers.
Dans le film « Interstellar », les héros observent un phénomène similaire : le trou noir Gargantua déforme la lumière du disque d'accrétion, créant plusieurs images.