Lentille gravitationnelle
La lentille gravitationnelle est le phénomène par lequel la lumière est déviée de sa trajectoire rectiligne lorsqu’elle passe près d’un objet massif. Prévue par la relativité générale d’Einstein, ce phénomène transforme les galaxies et les amas de galaxies en véritables loupes cosmiques, capables de grossir et de déformer les images d’objets situés derrière eux.
La lumière suit la courbure de l’espace-temps
Selon la relativité générale, la masse courbe l’espace-temps. La lumière, en suivant les géodésiques de cet espace courbe, suit donc une trajectoire déviée au voisinage d’un objet massif — comme si elle passait dans une lentille optique. Plus l’objet est massif, plus la déviation est grande. Ce phénomène a été observé pour la première fois en 1919, lors d’une éclipse solaire, confirmant spectaculairement la théorie d’Einstein.
Les différents types de lentilles
On distingue trois régimes. La lentille forte produit des déformations visibles : arcs lumineux, anneaux d’Einstein ou images multiples d’une même source. Elle se produit quand la source, la lentille et l’observateur sont parfaitement alignés ou presque. La lentille faible provoque de légères déformations statistiques dans la forme des galaxies d’arrière-plan, utilisées pour cartographier la matière noire. La microlentille amplifie temporairement la luminosité d’une étoile d’arrière-plan, permettant de détecter des exoplanètes ou des objets sombres.
Un outil pour voir l’invisible
Les lentilles gravitationnelles permettent d’observer des galaxies si lointaines et si faibles qu’elles seraient autrement invisibles, même avec les meilleurs télescopes. Le James Webb utilise des amas de galaxies comme lentilles pour observer les premières galaxies de l’univers. Les lentilles permettent aussi de cartographier la distribution de la matière noire, invisible mais dont la masse déforme la lumière.
Le saviez-vous ?
L’anneau d’Einstein est une configuration parfaite où la source, la lentille et l’observateur sont exactement alignés. La lumière de la source est alors déviée uniformément dans toutes les directions et forme un anneau complet autour de la lentille. Ce phénomène a été observé plusieurs fois avec des télescopes spatiaux.
Questions fréquentes
La lentille gravitationnelle déforme-t-elle la lumière ?
Elle courbe la trajectoire de la lumière, ce qui peut produire des images déformées, étendues ou multipliées de la source. La lumière elle-même n’est pas altérée — c’est son chemin qui est modifié par la courbure de l’espace-temps.
Peut-on utiliser la lentille gravitationnelle comme un télescope ?
Oui, c’est exactement ce que font les astronomes. Les amas de galaxies massifs agissent comme des loupes naturelles, permettant d’observer des objets dix à cent fois plus faibles que ce que les télescopes pourraient voir directement.
La microlentille peut-elle détecter des trous noirs ?
Oui. Un trou noir isolé peut agir comme une microlentille en amplifiant la lumière d’une étoile d’arrière-plan. En 2022, cette méthode a permis de détecter pour la première fois un trou noir stellaire isolé dans la Voie Lactée.