lentilles gravitationnelles

L’effet de microlentille gravitationnelle est de nos jours couramment utilisé pour détecter, de manière indirecte, des planètes qui tournent autour d’autres étoiles que le Soleil – des exoplanètes. Cette technique est complémentaire des autres, et permet en particulier d’étudier les propriétés statistiques des populations de planètes qui sont en orbite autour de leur étoile à une distance entre  ~0.5 et ~10 UA.

Les rayons lumineux sont déviés par la gravité

Lorsque nous sautons en parachute, la force de gravité que la Terre exerce sur notre corps qui nous ramène toujours au sol. De même, lors d’un saut en longueur, un athlète commence par courir, saute, et fini par retomber dans le sable à cause de son poids. Il en est de même pour la lumière ! Alors qu’en l’absence de gravité, la lumière se propage en ligne droite dans le vide, les rayons lumineux sont déviés dans un champ de gravité, et ce d’autant plus que ces rayons passent près de l’astre à l’origine de ce champ.

Concrètement, cela signifie qu’un rayon de lumière émit par une étoile lointaine (la source), change de direction en passant au voisinage d’une étoile ou d’une planète. Ceci est illustré par la figure 1 ci-dessous.

Figure 1

 Structure de notre galaxie, la Voie lactée. Un événement de microlentille gravitationnelle se produit lorsque deux étoiles sont presque exactement alignées avec la Terre (l’observateur). En courbant la trajectoire de la lumière émise par une étoile du bulbe galactique (la source), la gravité de l’étoile d’avant-plan (la microlentille) rabat beaucoup plus de lumière vers la Terre : la lumière provenant de la source nous semble alors amplifiée. Image : ESA, modifiée par Clément Ranc.

Mirages gravitationnels et événements de microlentille

Figure 2 – Image adaptée de Queloz (2006)

Lors d’un événement de microlentille (cf. figure 1), l’étoile d’arrière-plan (la source) est déformée et se dédouble, comme le montre la figure 2. Les deux images de la source résultant d’une illusion d’optique, on parle de « mirages gravitationnels ».

Pour que ces mirages se forment, il faut que la source et la microlentille soient séparées d’un angle de l’ordre de quelques dixièmes de milliseconde d’arc dans le ciel de l’observateur. Dans ces conditions, les images de la source ne sont séparées que d’environ une milliseconde d’arc, c’est-à-dire de l’épaisseur d’une aiguille placée à Orléans et observée depuis le haut de la Tour Eiffel !

Comme les télescopes actuels n’atteignent pas encore cette résolution, nous ne sommes pas capables d’observer les images de la source. En revanche, comme la lentille rabat vers la Terre plus de lumière que nous devrions en recevoir en l’absence d’alignement, la source apparait progressivement plus brillante, avant de retrouver sa luminosité habituelle lorsque la lentille et la source ne sont plus assez bien alignées avec la Terre. On parle alors d’événement de microlentille. Pendant un événement de microlentille, le flux provenant de la source peut être multiplié de quelques unités à plus de mille en quelques heures, jours ou semaines selon la nature et l’emplacement de la lentille.

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