Crédit d'image: Hubble
De nombreux exemples sont connus où une galaxie agit comme une lentille gravitationnelle, produisant plusieurs images sur le ciel d'un objet plus éloigné comme un quasar brillant caché derrière elle. Mais il y a un mystère persistant depuis plus de 20 ans: la théorie générale de la relativité d'Einstein prédit qu'il devrait y avoir un nombre impair d'images, mais presque tous les objectifs observés n'ont que 2 ou 4 images connues. L'astronome Joshua Winn du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et deux anciens collègues du CfA, David Rusin (maintenant à l'Université de Pennsylvanie) et Christopher Kochanek (Ohio State University), ont identifié une troisième image centrale de un quasar à lentilles. Les observations radio du système connu sous le nom de PMN J1632-0033 dans la constellation Ophiuchus ont découvert une image centrale faible, qui peut être utilisée pour étudier les propriétés de la galaxie cristalline et du trou noir supermassif qui devrait se trouver en son centre.
«Trouver cette image centrale est intéressant en soi, mais est encore plus important pour ce qu'elle peut nous dire sur la galaxie des lentilles. Cela nous offre un nouvel outil pour étudier les galaxies si loin que, même pour le télescope spatial Hubble, ce ne sont que de faibles taches », a déclaré Winn.
Les quasars sont des objets extrêmement éloignés et brillants censés être alimentés par des trous noirs supermassifs. Ils brillent brillamment en convertissant l'énergie gravitationnelle de la matière tombant dans le trou noir en lumière et en d'autres types de rayonnement, comme les ondes radio.
Dans la lentille gravitationnelle, les rayons lumineux d'un quasar qui passent à proximité d'une galaxie sont courbés par le champ gravitationnel de la galaxie, tout comme ils seraient courbés lors du passage à travers une lentille en verre. Plus le centre d'une galaxie est dense et plus sa gravité est forte, plus l'image centrale sera faible. Pourtant, cette image centrale, dont la lumière est passée le plus près du milieu de la galaxie cristalline, peut nous en dire beaucoup sur le noyau de cette galaxie. Cette opportunité rend la recherche de telles images centrales particulièrement souhaitable.
Dans le système PMN J1632-0033, un quasar radio-fort à redshift z = 3,42 (une distance d'environ 11,5 milliards d'années-lumière) est lentillé par une galaxie elliptique à redshift z ~ 1 (à environ 8 milliards d'années-lumière) . On savait que deux images du quasar existaient et une troisième source radio très faible était soupçonnée d'être l'image centrale. Cependant, cette troisième source était juste au-dessus de la galaxie de lentilles, et pourrait donc être intrinsèque à la galaxie de lentilles elle-même.
En observant la «couleur» ou spectre radioélectrique des trois images en utilisant le très grand réseau et le très long réseau de base de la National Science Foundation, Winn et ses collègues ont fourni des preuves convaincantes que la troisième source est en effet l'image centrale du quasar. Son spectre est essentiellement identique aux deux autres images, sauf aux basses fréquences où une partie de l'énergie radio a été absorbée par la galaxie lenticulaire.
La géométrie et les propriétés des trois images du quasar nous parlent déjà du cœur de la galaxie cristalline. Par exemple, son trou noir central pèse moins de 200 millions de masses solaires. De plus, sa densité de surface (quantité de matière projetée contre le plan du ciel) à l'emplacement de l'image centrale est supérieure à 20 000 masses solaires par carré carré. (À titre de comparaison, la densité de surface de la Voie lactée près de notre soleil est d'environ 50 masses solaires par carré carré.) Les deux chiffres pour la galaxie cristalline correspondent aux attentes basées sur des observations détaillées de galaxies des centaines de fois plus proches de la Terre.
«Presque toutes nos connaissances sur les centres galactiques proviennent de l'étude de galaxies très proches. La chose remarquable à propos des images centrales est que vous pouvez obtenir des informations similaires sur les noyaux des galaxies des centaines de fois plus loin et des milliards d'années de moins que nos galaxies voisines », a déclaré Winn.
Cette recherche est disponible en ligne à http://arxiv.org/abs/astro-ph/0312136 et sera publiée dans le numéro du 12 février 2004 de la revue Nature.
Basé à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: communiqué de presse de Harvard CfA
