Il y a longtemps, dans une galaxie lointaine, très lointaine... une étoile massive a explosé. Ce cataclysme a créé un objet appelé supernova (similaire à celui que nous appelons la nébuleuse du crabe). Au moment de la mort de cette ancienne étoile, sa propre galaxie, la Voie lactée, commençait tout juste à se former. Le Soleil n'existait même pas encore. Les planètes non plus. La naissance de notre système solaire a encore plus de cinq milliards d'années dans le futur.
Échos légers et influences gravitationnelles
La lumière de cette explosion d'il y a longtemps s'est propagée dans l'espace, transportant des informations sur l'étoile et sa mort catastrophique. Aujourd'hui, environ 9 milliards d'années plus tard, les astronomes ont une vue remarquable de l'événement. Il apparaît dans quatre images de la supernova créée par une lentille gravitationnelle créée par un amas de galaxies. L'amas lui-même se compose d'une galaxie elliptique géante de premier plan collectée avec d'autres galaxies. Tous sont intégrés dans un amas de matière noire. L'attraction gravitationnelle combinée des galaxies et la gravité de la matière noire déforment la lumière des objets plus éloignés lors de son passage. En fait, il modifie légèrement la direction du voyage de la lumière et macule «l'image» que nous obtenons de ces objets éloignés.
Dans ce cas, la lumière de la supernova a parcouru quatre chemins différents à travers l'amas. Les images résultantes que nous voyons ici depuis la Terre forment un motif en forme de croix appelé une croix d'Einstein (nommé d'après physicien Albert Einstein). La scène a été imagée par le Le télescope spatial Hubble. La lumière de chaque image est arrivée au télescope à un moment légèrement différent - à quelques jours ou semaines les uns des autres. Ceci indique clairement que chaque image est le résultat d'un chemin différent emprunté par la lumière à travers l'amas de galaxies et sa coquille de matière noire. Les astronomes étudient cette lumière pour en savoir plus sur l'action de la supernova lointaine et les caractéristiques de la galaxie dans laquelle elle existait.
Comment cela marche-t-il?
La lumière diffusée par la supernova et les voies empruntées sont analogues à plusieurs trains qui quitter une station en même temps, tous voyageant à la même vitesse et se dirigeant vers la même finale destination. Cependant, imaginez que chaque train emprunte un itinéraire différent, et la distance pour chacun n'est pas la même. Certains trains parcourent des collines. D'autres traversent des vallées et d'autres encore se frayent un chemin à travers les montagnes. Comme les trains circulent sur différentes longueurs de voie sur différents terrains, ils n'arrivent pas à destination en même temps. De même, les images de supernova n'apparaissent pas en même temps car une partie de la lumière est retardée en voyageant dans des virages créés par la gravité de la matière noire dense dans la galaxie intermédiaire grappe.
Les délais entre l'arrivée de la lumière de chaque image renseignent les astronomes sur la disposition de la matière noire autour du galaxies dans l'amas. Donc, dans un sens, la lumière de la supernova agit comme une bougie dans l'obscurité. Il aide les astronomes à cartographier la quantité et la distribution de matière noire dans l'amas de galaxies. L'amas lui-même se trouve à environ 5 milliards d'années-lumière de nous, et la supernova est encore 4 milliards d'années-lumière au-delà. En étudiant les délais entre le moment où les différentes images atteignent la Terre, les astronomes peuvent glaner des indices sur le type de terrain dans l’espace déformé que la lumière de la supernova a dû traverser. Est-ce grumeleux? Comment grumeleux? Combien y en a-t-il?
Les réponses à ces questions ne sont pas encore tout à fait prêtes. En particulier, l'apparence des images de supernova pourrait changer au cours des prochaines années. En effet, la lumière de la supernova continue de circuler à travers l'amas et rencontre d'autres parties du nuage de matière noire entourant les galaxies.
En plus de Télescope spatial Hubble observations de cette supernova à lentilles unique, les astronomes ont également utilisé le W.M. Télescope Keck à Hawai'i pour effectuer d'autres observations et mesures de la distance de la galaxie hôte de la supernova. Cette information donnera d'autres indices sur les conditions dans la galaxie telles qu'elles existaient dans le premier univers.