V. Les microlentilles gravitationnelles

1. Les microlentilles gravitationnelles:

On parle de microlentille si la masse interposée est faible, typiquement si la lentille n'a plus la taille d'une galaxie, mais celle d'une étoile. Sa masse est trop faible pour engendrer la formation d'une image mais est suffisante pour concentrer le rayonnement de la source en direction de l'observateur par déflexion de la lumière, ce qui conduit à une amplification apparente de la brillance de la source lointaine⁽¹⁴⁾. Ainsi, l'effet de la microlentille gravitationnelle est un flash de lumière qui se produit lorsqu'un objet (étoile, naine brune, ...) passe presque exactement devant la source lointaine. La durée du flash lumineux dépend de la durée de passe de l'étoile et de sa masse⁽¹⁵⁾.

On caractérise un tel phénomène par le fait que le phénomène doit être identique dans toutes les longueurs d'ondes⁽¹⁶⁾, que l'évolution de l'intensité durant le flash doit être symétrique dans le temps et que cela ne doit, pour des questions de probabilité, ne se produire qu'une seule fois par étoile étudiée.

La distance maximale entre le rayon et la lentille pour que le phénomène soit observable est:

2. Détecter de la masse cachée:

i. Principe:

La microlentille gravitationnelle est donc un moyen indirect de détecter la présence de masse. On détecte ainsi à la fois des masses visibles et des masses invisibles. En surveillant de tels événements, on peut alors découvrir de la masse cachée. On a déjà observé des mirages gravitationnels de quasar avec en guise de lentille, de la matière noire ⁽¹⁷⁾ sous forme de MACHO.

ii. Mise en oeuvre:

Une étude de ces événements demande un temps d'expérimentation long et un traitement statistique et informatique des données pour s'en sortir. En effet, si cette technique a l'air intéressante, il faut cependant remarquer qu'avoir un alignement est un phénomène très rare : c'est environ une étoile du Grand Nuage de Magellan sur 2 millions qui doit subir à un instant donné une amplification supérieure à 30% ⁽¹⁸⁾. Donc elle n'est pas facilement applicable. Cependant, actuellement, deux expériences sont en cours pour tenter d'évaluer la quantité de matière noire sous forme de naines brunes : EROS^{(19) (20)} (France) et MACHO (Etats-Unis) observent le Grand Nuage de Magellan. OGLE (Etats-Unis & Pologne) est tourné vers le bulbe de notre Galaxie.

iii. Présentation d'EROS:

Le Grand Nuage de Magellan, galaxie satellite la plus proche de notre Voie Lactée constitue une cible idéale pour une recherche d'astres sombres du halo : situé à 55 000 pc (=1,6*10¹⁸ km) du centre galactique, il est suffisamment lointain pour permettre de sonder une fraction appréciable du halo et il est suffisamment proche pour que l'on puisse résoudre plusieurs millions d'étoiles en utilisant des temps d'exposition ne dépassant pas quelques minutes à une heure. Une des difficultés est que beaucoup d'étoiles présentent des variations de luminosité intrinsèques. On utilise donc les 3 caractéristiques définies plus haut pour écarter de tels candidats.

EROS est capable de chercher des astres sombres de masse comprises entre 10^-7 M et 1 M.

Il a fallu analyser plus d'un million d'étoiles du grand nuage de Magellan pendant un an pour détecter un événement de microlentille.

iv. Conclusions:

C'est donc un moyen de détecter de la masse cachée, mais c'est relativement peu pratique pour effectuer directement des mesures de masse.

IV. L'optique gravitationnelle        Conclusion : Connaissances sur la masse cachée