Une lentille gravitationnelle double !

06/12/2016. Gaia balaye le ciel en permanence, mesurant les positions et magnitudes de tous les objets plus brillants que la magnitude 20.7 et détecte ainsi non seulement les déplacements angulaires de ces objets sur le ciel (d’où sont déduits distances et mouvements) mais aussi leurs variations de luminosités, régulières ou impromptues. Une équipe du Consortium de traitement et d’analyse des données Gaia, le DPAC, est responsable du système d’alertes scientifiques photométriques et publie régulièrement des listes de sources dont les variations brutales de luminosité ont été observées par Gaia. Plus de 1500 sources ont ainsi déjà été publiées, essentiellement des supernovae. Voir par exemple Supernovae et autres alertes.

Dans quelques rares cas, un autre phénomène peut entraîner l’augmentation subite de luminosité d’une étoile : la gravité d’un objet céleste passant exactement entre l’étoile et l’observateur. Les lois de la relativité générale d’A. Einstein prédisent qu’un objet massif (étoile, système double ou multiple, système planétaire ou aussi, à plus grande échelle, galaxie ou trou noir) placé exactement entre un objet lumineux et l’observateur va agir comme une lentille gravitationnelle et courber le chemin des rayons lumineux passant à proximité, provoquant une augmentation spectaculaire, suivie d’une diminution, de la luminosité de la source. Ce phénomène est appelé microlentille gravitationnelle. Les variations de luminosité de l’objet distant sont différentes selon que l’objet massif (la lentille) déviant la lumière est une étoile simple, un système double ou multiple ou un système planétaire.

Figure 1 (à gauche) : Courbe de lumière de la microlentille double, Gaia 16aye, détectée par Gaia (gros points noirs) et suivie par de multiples observations au sol (autres points), au 27 octobre 2016. La ligne noire est le modèle de variations de luminosité dans le cas d’une microlentille double. © ESA/Gaia/DPAC, P. Mroz, L. Wyrzykowski, K.A. Rybicki (Varsovie).

Figure 2 (à droite) : toutes les observations au sol jusqu’au 1er décembre 2016. © Przemek Mroz, Observatoire de l’Université de Varsovie.

L’effet de lentille gravitationnelle dépend de la masse de la lentille ainsi que des distances angulaires entre la source, la lentille et l’observateur. Dans le cas d’un alignement presque parfait, deux effets sont observés : la variation de luminosité et un minuscule déplacement angulaire. La différence entre Gaia et les campagnes d’observations au sol, telles que OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), est la capacité de Gaia de mesurer les positions avec une précision extrême : le mouvement de la source est mesuré simultanément avec les variations de luminosité.

La première microlentille double détectée par Gaia, Gaia 16aye, est montrée sur les figures 1 et 2. Elle a été suivi de façon très intensive par des observations au sol et plus de 6 000 mesures ont déjà été recueillies par une équipe de suivi dédiée (listée sur la Gaia image of the Week du 27 octobre 2016).

Figure 3 : courbe de lumière de Gaia16aua (ronds noirs : observations Gaia, croix noires avec barres d’erreurs rouges : observations OGLE, ligne noire:modèle de variations de luminosité d’une microlentille simple. © ESA/Gaia/DPAC, L. Wyrzykowski, équipe OGLE (Varsovie), Z. Kostrzewa-Rutkowska (SRON/RU)

Le premier effet de microlentille détecté par Gaia, nommé Gaia16aua, montré sur la figure 3 est une étoile de magnitude 19 dont la luminosité a soudainement augmenté de deux magnitudes en Juillet 2016, pour rapidement diminuer ensuite. Cet effet a été produit par la présence d’un objet massif simple passant exactement entre l’étoile et Gaia. Ces variations de luminosité ont été observées indépendamment par Gaia et par des observations au sol de l’expérience OGLE. Les observations au sol permettent d’obtenir des données plus régulièrement et sur une plus longue durée que Gaia et de confirmer que les variations de luminosité observées par Gaia sont effectivement causées par un effet de microlentille.

Ces deux événements détectés par Gaia sont un peu inhabituels en ce sens qu’ils ont été trouvés en direction des bras spiraux galactiques, tandis que la plupart des effets de microlentille ont été détectés en direction du Bulbe de la Voie lactée ou vers le Grand Nuage de Magellan.

Voir Gaia image of the Week du 27 octobre 2016 et Gaia spies two temporarily magnified stars.