La lentille gravitationnelle est le phenomene par lequel la lumiere est deviee de sa trajectoire rectiligne lorsqu’elle passe pres d’un objet massif. Prevue par la relativite generale d’Einstein, ce phenomeme transforme les galaxies et les amas de galaxies en veritables loupes cosmiques, capables de grossir et de deformer les images d’objets situes derriere eux.
La lumiere suit la courbure de l’espace-temps
Selon la relativite generale, la masse courbe l’espace-temps. La lumiere, en suivant les geodesiques de cet espace courbe, suit donc une trajectoire deviee au voisinage d’un objet massif — comme si elle passait dans une lentille optique. Plus l’objet est massif, plus la deviation est grande. Ce phenomene a ete observe pour la premiere fois en 1919, lors d’une eclipse solaire, confirmant spectaculairement la theorie d’Einstein.
Les differents types de lentilles
On distingue trois regimes. La lentille forte produit des deformations visibles : arcs lumineux, anneaux d’Einstein ou images multiples d’une meme source. Elle se produit quand la source, la lentille et l’observateur sont parfaitement alignes ou presque. La lentille faible provoque de legeres deformations statistiques dans la forme des galaxies d’arriere-plan, utilisees pour cartographier la matiere noire. La microlentille amplifie temporairement la luminosite d’une etoile d’arriere-plan, permettant de detecter des exoplanetes 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, meme avec les meilleurs telescopes. Le James Webb utilise des amas de galaxies comme lentilles pour observer les premieres galaxies de l’univers. Les lentilles permettent aussi de cartographier la distribution de la matiere noire, invisible mais dont la masse deforme la lumiere.
Le saviez-vous ?
L’anneau d’Einstein est une configuration parfaite ou la source, la lentille et l’observateur sont exactement alignes. La lumiere de la source est alors deviee uniformement dans toutes les directions et forme un anneau complet autour de la lentille. Ce phenomene a ete observe plusieurs fois avec des telescopes spatiaux.
Questions frequentes
La lentille gravitationnelle deforme-t-elle la lumiere ?
Elle courbe la trajectoire de la lumiere, ce qui peut produire des images deformees, etendues ou multipliees de la source. La lumiere elle-meme n’est pas alteree — c’est son chemin qui est modifie par la courbure de l’espace-temps.
Peut-on utiliser la lentille gravitationnelle comme un telescope ?
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 a cent fois plus faibles que ce que les telescopes pourraient voir directement.
La microlentille peut-elle detecter des trous noirs ?
Oui. Un trou noir isole peut agir comme une microlentille en amplifiant la lumiere d’une etoile d’arriere-plan. En 2022, cette methode a permis de detecter pour la premiere fois un trou noir stellaire isole dans la Voie Lactee.