lentille gravitationnelle

Un rayon de lumière passant près d'un corps massif le contourne, comme un coureur contourne le virage d'un stade. Pour une étoile à neutrons, cet angle de déviation est généralement considéré comme identique à celui d'une masse ponctuelle.

Pour mesurer le disque invisible, on n'applique pas la règle directement dessus, mais à travers tout l'Univers. La lumière d'un quasar lointain, du gaz incandescent qui tourbillonne autour d'un trou noir supermassif, traverse en chemin une galaxie qui joue le rôle de lentille.

Dans la vaste salle de la mascarade cosmique, les quasars sont les acteurs les plus habiles. Ils enfilent des costumes d'emprunt, changent de maquillage et se font passer pour ce qu'ils ne sont pas.

Un rayon de lumière, en passant près d'un corps massif, change légèrement de direction — comme un jet d'eau qui contourne une pierre dans un ruisseau. Dans le Système solaire, il y a beaucoup de ces « pierres » : les planètes, leurs satellites, les astéroïdes.

Un rayon de lumière, en passant près d'un corps massif, change légèrement de direction — comme un jet d'eau qui contourne une pierre dans un ruisseau. Dans le Système solaire, il y a beaucoup de ces « pierres » : les planètes, leurs satellites, les astéroïdes.

Dans le ciel austral, derrière un épais rideau de poussière, se cache une source de rayons gamma — la lumière la plus énergétique de l'Univers. Elle brille si intensément qu'on la voit même à travers ce rideau, mais l'objet lui-même reste invisible. Les astronomes ont pointé le radiotélescope ALMA vers les nuages de gaz voisins et ont vu un motif qui a trahi l'invisible.

Le ciel nocturne est plein de lumières trompeuses. Les astronomes cherchaient des galaxies qui se sont allumées dans les premiers centaines de millions d'années après le Big Bang — leur lumière nous est parvenue pendant près de 13 milliards d'années. Six taches faibles ont été sélectionnées à partir d'images des télescopes spatiaux Hubble et Spitzer.

Le ciel nocturne semble uniforme, mais il contient en réalité des amas – d'immenses communautés de galaxies qui, comme des lentilles, courbent la lumière des objets lointains. Lorsqu'un sursaut radio bref et puissant se produit quelque part dans l'Univers, son chemin vers un télescope terrestre peut passer près d'un tel amas.

Le ciel nocturne semble uniforme, mais il contient en réalité des amas – d'immenses communautés de galaxies qui, comme des lentilles, courbent la lumière des objets lointains. Lorsqu'un sursaut radio bref et puissant se produit quelque part dans l'Univers, son chemin vers un télescope terrestre peut passer près d'un tel amas.

Chaque matin, le jardinier ratisse les feuilles en un tas. Le Soleil, en traversant la galaxie, fait quelque chose de semblable : sa gravité rassemble le gaz interstellaire diffus en un cône invisible — un entonnoir géant.

Une galaxie ressemble à une ville : au centre, des lumières vives et une densité de bâtiments élevée, tandis qu'en périphérie, les lumières se raréfient et laissent place au vide. Mais si l'on observe la rotation du gaz dans le disque galactique, on constate que sa vitesse ne chute presque pas en périphérie.

Le compteur de vitesse des galaxies s'affole. Les étoiles externes tournent si vite que, selon toutes les lois de la gravitation, elles devraient s'échapper, comme des éclaboussures d'une roue.

Le cosmos est en expansion, et cette expansion s'accélère. Mais que se passerait-il si, dans les premiers instants après le Big Bang, la gravité agissait différemment ? Les auteurs de cette nouvelle étude ont ajouté aux équations d'Einstein un champ invisible qui capte l'énergie de la matière et du rayonnement ordinaires.

Une lampe est cachée derrière un grand aquarium rempli d'eau. Vous ne voyez pas une seule source de lumière, mais plusieurs de ses reflets et réfractions — l'eau courbe le trajet des rayons.

Une armature invisible maintient les galaxies, les empêchant de se disperser. C'est la matière noire — une substance qui n'émet pas de lumière et n'interagit presque pas avec la matière ordinaire. Les astrophysiciens débattent depuis longtemps de sa composition.

Lorsque deux noyaux lourds entrent en collision dans un accélérateur, il se forme une minuscule boule de feu de plasma quark-gluon (un état particulier de la matière où les quarks et les gluons ne sont pas confinés à l'intérieur des particules).

Le faisceau d'une lampe de poche perce un brouillard. Plus le brouillard est épais, plus la lumière est diffusée et plus elle met de temps à atteindre l'œil. Un principe similaire s'applique aux sursauts radio rapides — ces impulsions mystérieuses et extrêmement puissantes venues de galaxies lointaines.

La lumière qui s'éloigne d'un corps massif perd de sa vigueur. Sa fréquence diminue légèrement, sa couleur vire au rouge. Les physiciens appellent cela le décalage vers le rouge gravitationnel. En théorie classique, tout est clair, mais dès qu'on parle de quanta, les ennuis commencent.

La matière noire est l'armature invisible de l'Univers. Elle existe, c'est évident d'après le mouvement des étoiles et des galaxies, mais de quoi est faite cette armature, on l'ignore encore. Une hypothèse : des particules ultralégères, semblables aux axions.

En 2017, les détecteurs ont enregistré une onde gravitationnelle provenant de la collision de deux étoiles à neutrons. 1,7 seconde plus tard, les télescopes ont vu l'éclat du sursaut gamma provenant du même point. Ce minuscule décalage est devenu un trésor pour les physiciens.

Dans les confins obscurs de notre Galaxie, loin des amas d'étoiles brillants, se cachent des millions de trous noirs. Ils sont invisibles : ils n'émettent pas de lumière et n'absorbent pas de matière de manière notable. Les méthodes de détection classiques, conçues pour les champs stellaires denses, sont impuissantes ici. Il faut une autre approche.

Au centre de notre Galaxie se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Si un compagnon invisible tourne à ses côtés, leur danse peut être repérée grâce à la lumière d'autres étoiles.

L'objet cosmique tourne, mais son ombre n'est pas ronde. Des astrophysiciens ont examiné un trou noir dans une version inhabituelle de la gravité — le soi-disant monde-brane (où notre Univers est une surface tridimensionnelle dans un espace à plus grand nombre de dimensions).

Dans le vaste océan cosmique, la matière noire s'agglutine en amas et en filaments, un peu comme le plancton suit les courants. Mais si la gravité ne fonctionne pas exactement comme le prévoyait Einstein, ces motifs se modifient — imperceptiblement, telles des rides laissées par un vent invisible.

Au centre de notre Galaxie se trouve le trou noir supermassif Sagittarius A*. Si un compagnon invisible tourne à ses côtés, leur danse peut être repérée grâce à la lumière d'autres étoiles.

Les cosmologistes ressemblent à des cartographes — sauf qu'au lieu de montagnes et de rivières, ils reportent sur la carte des forces invisibles. L'énergie noire, qui accélère l'expansion de l'Univers, demeure une énigme. L'une des hypothèses est le modèle de l'« enchevêtrement gravitationnel cinétique » (KGB).

Les cosmologistes ressemblent à des cartographes — sauf qu'au lieu de montagnes et de rivières, ils reportent sur la carte des forces invisibles. L'énergie noire, qui accélère l'expansion de l'Univers, demeure une énigme. L'une des hypothèses est le modèle de l'« enchevêtrement gravitationnel cinétique » (KGB).

L'Univers primordial n'est pas simplement un bouillon chaud de particules. Dans les premières fractions de seconde, la symétrie miroir aurait pu être brisée : le monde et son reflet ne seraient plus tout à fait identiques.

L'Univers ressemble à une immense charpente invisible. Nous ne la voyons pas directement, mais nous savons qu'elle existe : c'est grâce à elle que les galaxies et les amas tiennent ensemble. Cette charpente, c'est la matière noire. La version la plus populaire dit qu'elle est « froide » et qu'elle est constituée de particules lourdes et lentes.

La lumière change de direction dans une lentille, tout le monde le sait. Les ondes gravitationnelles, en passant près d'un corps massif, voient aussi leur trajectoire se courber.

Deux balles lancées depuis des hauteurs différentes tombent au sol avec des accélérations différentes. Dans l'espace, tout est plus complexe : même le vide fait bouger les corps différemment.

Quatre faibles traits sur l’image — tout ce que voit l’astronome. Ainsi, un sculpteur restaure la forme d’un verre invisible à partir de quatre ombres.

Le modèle standard de la physique des particules est un catalogue de toutes les briques connues de l'univers : électrons, quarks et autres. Mais il reste muet sur la matière noire et ne s'entend pas avec la gravité.

Quatre faibles traits sur l’image — tout ce que voit l’astronome. Ainsi, un sculpteur restaure la forme d’un verre invisible à partir de quatre ombres.

Le 23 novembre 2023, les détecteurs LIGO ont capté quelque chose d'étrange. Le signal d'ondes gravitationnelles d'une fusion de deux trous noirs, numéroté GW231123, indiquait des masses records – 137 et 101 masses solaires – et une rotation anormalement rapide.

Le cosmos ressemble à un tissu de soie dont les fils de la toile sombre émergent. Les véritables toiles, nous ne les voyons qu'en minuscules lambeaux — à travers les télescopes, dans les catalogues réels de galaxie.

Deux galaxies – notre Voie lactée et son compagnon, le Grand Nuage de Magellan – tournent lentement l'une autour de l'autre. Leur attraction gravitationnelle agite les confins lointains de la Voie lactée, comme un caillou jeté dans un étang fait onduler l'eau.

Huit points brillants dans le ciel radio. C'est le même quasar HS 0810+2554, dont la lumière a traversé une lentille gravitationnelle — une galaxie massive au premier plan.

Il y a mille ans, les Vikings emportaient en mer du spath d'Islande. Ce cristal translucide décomposait la lumière en deux faisceaux. En comparant leur luminosité, ils pouvaient trouver le soleil même dans le brouillard. La biréfringence — le terme physique pour ce phénomène — aide aujourd'hui à traquer la force la plus insaisissable du cosmos.

La température au centre d'un amas de galaxies atteint cent millions de degrés. Ces systèmes, les plus grands liés gravitationnellement, sont des laboratoires naturels où la nature cache 85% de sa masse dans la matière noire invisible.