Découverte de 12 Croix d’Einstein

12/10/2021. Einstein avait prévu, dès 1912, qu’un objet très massif tel qu’une galaxie ou un amas de galaxies pouvait agir comme une lentille et dévier la lumière provenant d’un objet lointain tel qu’un quasar situé presque exactement sur la même ligne de visée. Il a fallu attendre 1979 pour découvrir une première image double qu’un quasar. En 1985 une première image quadruple était découverte, nommée la "Croix d’Einstein". Il s’agissait d’un quasar situé à quelques 10 milliards d’années lumière (z=1.7) dont la lumière était déviée par une galaxie située à quelques centaines de millions d’années-lumière de nous. Dès 2015, une équipe du DPAC menée par Christine Ducourant, avait identifié les observations de cette lentille gravitationnelle par Gaia. Voir Gaia et la Croix d’Einstein. Bien que les croix d’Einstein soient rares (seules une cinquantaine ont été découverte depuis 1985), les observations systématiques et répétées du ciel par Gaia avec une résolution spatiale sans précédent changent la donne.

Figure 1 : Ce montage montre les images de 12 Croix d’Einstein nouvellement découvertes dans les données de Gaia. La tache floue au milieu de chaque image est la galaxie-lentille dont la gravité divise la lumière du quasar situé derrière elle, produisant quatre images de celui-ci. Chaque carré mesure 15 secondes de degré de côté. La séparation minimum entre deux images de quasar est d’environ 0.5 seconde de degré. © The Gral Collaboration (Gaia Gravitational Lenses working group).

L’équipe a utilisé des méthodes d’apprentissage automatique sur mesure pour identifier des images multiples dans les données de Gaia DR2 susceptibles d’être les images fantômes d’un même quasar.

Il fallait encore confirmer que chaque ensemble de quatre images n’était pas un alignement fortuit de quatre sources indépendantes, mais bien quatre images d’une source unique produites par effet de lentille par une galaxie plus proche. Les mesures spectrophotométriques de Gaia n’étant pas encore publiées, l’équipe a utilisé la photométrie infrarouge de la mission WISE de la NASA pour sélectionner les sources les plus prometteuses. Un suivi spectroscopique de celles-ci avec plusieurs télescopes au sol a permis de confirmer que les 12 candidats pré-sélectionnés étaient bien des quasars à image quadruple.

La découverte de ces 12 nouvelles Croix d’Einstein augmente de près de 25% le nombre total de Croix connues, et on en attend encore beaucoup plus après la publication des prochains catalogues Gaia. L’observation de la position exacte des images et des variations de leur luminosité apparente donne accès à plusieurs paramètres fondamentaux de la cosmologie tels que le taux actuel d’expansion de l’Univers ou la distribution de la matière noire dans les galaxies-lentilles.

C. Ducourant et J.-F. Le Campion (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux) ainsi que F. Mignard et E. Slezak (Observatoire de la Côte d’Azur) sont impliqués dans cette recherche.

Références

• 12 rare Einstein crosses discovered with Gaia (en anglais)
• Article scientifique : Stern et al., accepté pour publication dans The Astrophysical Journal.