Zoom sur la supernova Zwicky : à partir d’une petite partie de la caméra ZTF de Palomar, un des 64 « quadrants », chacun contenant des dizaines de milliers d’étoiles et de galaxies, le zoom avant nous emmène vers des explorations détaillées réalisées avec les télescopes VLT et Keck, plus grands et plus précis, situés respectivement au Chili et à Hawaï. Sur les images Keck les mieux résolues, on peut voir les quatre « copies » presque identiques de la supernova Zwicky. Les images multiples sont dues à la déformation de l’espace causée par une galaxie d’avant-plan, également visible au centre et à peu près à mi-chemin entre le site de l’explosion de la supernova et la Terre. Crédit photo : J. Johansson
Des physiciens et des astronomes ont découvert une supernova de type Ia à images multiples, « SN Zwicky », qui permet une étude sans précédent des propriétés des galaxies, des phénomènes de lentille gravitationnelle, de la matière noire et de l’expansion de l’univers.
Une équipe de physiciens et d’astronomes dirigée par des chercheurs du Centre Oskar Klein de l’Université de Stockholm a réalisé une percée fascinante dans notre capacité à explorer la façon dont les galaxies déforment l’espace environnant, grâce à la découverte d’une supernova de type Ia à lentille à images multiples, baptisée « SN Zwicky ». Les résultats sont publiés dans Nature Astronomy.
L’équipe, dirigée par Ariel Goobar du Centre Oskar Klein de l’Université de Stockholm, a découvert une supernova de type Ia inhabituelle, SN Zwicky. Les supernovae de type Ia jouent un rôle crucial dans la mesure des distances cosmiques. Elles ont été utilisées pour découvrir l’accélération de l’expansion de l’univers, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique en 2011. La supernova récemment découverte se distingue par sa luminosité extraordinaire et la configuration de ses multiples images, un phénomène rare prédit par la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein.
Dans des circonstances extraordinaires, les grands corps astronomiques agissent comme des loupes cosmiques. Ces loupes créent également de multiples chemins lumineux visibles à différentes positions dans le ciel. Crédit photo : Nikki Arendse
Quelques semaines après avoir détecté la supernova au Zwicky Transient Facility de l’Observatoire Palomar, l’équipe a observé SN Zwicky avec les instruments d’optique adaptative de l’Observatoire W. M. Keck au sommet du Maunakea, à Hawaii, et avec les Very Large Telescopes au Chili. Les observations de l’observatoire Keck ont permis de résoudre les images multiples, confirmant l’hypothèse d’un fort effet de lentille à l’origine de la luminosité inhabituelle de la supernova. Les quatre images de la SN Zwicky ont également été observées avec le télescope spatial Hubble de la NASA.
Sommaire
Les grands corps astronomiques agissent comme des loupes cosmiques
L’effet de lentille à images multiples observé dans la SN Zwicky est le résultat du champ gravitationnel exercé par une galaxie d’avant-plan agissant comme une lentille gravitationnelle. Dans des circonstances extraordinaires, les grands corps astronomiques agissent comme des loupes cosmiques. Ces loupes créent également de multiples chemins lumineux visibles à différentes positions dans le ciel. L’observation des images multiples ne révèle pas seulement des détails sur la supernova à forte lentille, elle offre également une occasion unique d’explorer les propriétés de la galaxie d’avant-plan à l’origine de la déviation de la lumière. Les astronomes pourraient ainsi en apprendre davantage sur les noyaux internes des galaxies et sur la matière noire. Les supernovae lencées sont également des outils très prometteurs pour affiner les modèles décrivant l’expansion de l’univers.
Les objets de grande masse, tels que les galaxies ou les amas de galaxies, déforment l’espace-temps qui les entoure de telle sorte qu’ils peuvent créer de multiples images d’objets d’arrière-plan. Cet effet est appelé « lentille gravitationnelle forte ». Crédit : ESA/Hubble, NASA
De nouvelles pistes pour l’étude de l’effet de lentille gravitationnelle
Alors que les scientifiques continuent de percer les mystères de l’univers, la découverte de la lentille à images multiples de la SN Zwicky ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des phénomènes de lentille gravitationnelle et de leurs implications pour la cosmologie. Il s’agit d’une étape importante pour percer les mystères de la matière noire, de l’énergie noire et du destin ultime de notre cosmos. « Le grossissement extrême de la SN Zwicky nous donne une chance sans précédent d’étudier les propriétés des explosions de supernova de type Ia lointaines, ce dont nous avons besoin lorsque nous les utilisons pour explorer la nature de l’énergie noire », explique Joel Johansson, postdoctorant à l’université de Stockholm et coauteur de l’étude.
Zoom sur la supernova Zwicky : à partir d’une petite partie de la caméra ZTF de Palomar, un des 64 « quadrants », chacun contenant des dizaines de milliers d’étoiles et de galaxies, le zoom avant nous emmène vers des explorations détaillées réalisées avec les télescopes VLT et Keck, plus grands et plus précis, situés respectivement au Chili et à Hawaï. Sur les images Keck les mieux résolues, on peut voir les quatre « copies » presque identiques de la supernova Zwicky. Les images multiples sont dues à la déformation de l’espace causée par une galaxie d’avant-plan, également visible au centre et à peu près à mi-chemin entre le site de l’explosion de la supernova et la Terre. » Crédit photo : J. Johansson
Le professeur Ariel Goobar, chercheur principal du projet et directeur du centre Oskar Klein de l’université de Stockholm, a exprimé son enthousiasme pour cette découverte importante : « La découverte de SN Zwicky illustre non seulement les capacités remarquables des instruments astronomiques modernes, mais représente également une avancée significative dans notre quête de compréhension des forces fondamentales qui façonnent notre univers. »
L’équipe du Centre Oskar Klein, Département de physique de l’Université de Stockholm, à l’origine de la découverte de SN Zwicky : de gauche à droite, Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar et Nikki Arendse. Crédit : Centre Oskar Klein
Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Nature Astronomy, dans un article intitulé « Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky » (Découverte d’une population de galaxies à lentille gravitationnelle avec une bougie standard amplifiée SN Zwicky). La publication fournit une analyse complète de SN Zwicky, y compris des données d’imagerie et de spectroscopie recueillies par des télescopes du monde entier.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Supernova Explosion Revealed by Rare « Cosmic Magnifying Glasses » (L’explosion d’une supernova révélée par de rares « loupes cosmiques »).
Référence : « Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky » par Ariel Goobar, Joel Johansson, Steve Schulze, Nikki Arendse, Ana Sagués Carracedo, Suhail Dhawan, Edvard Mörtsell, Christoffer Fremling, Lin Yan, Daniel Perley, Jesper Sollerman, Rémy Joseph, K-Ryan Hinds, William Meynardie, Igor Andreoni, Eric Bellm, Josh Bloom, Thomas E. Collett, Andrew Drake, Matthew Graham, Mansi Kasliwal, Shri R. Kulkarni, Cameron Lemon, Adam A. Miller, James D. Neill, Jakob Nordin, Justin Pierel, Johan Richard, Reed Riddle, Mickael Rigault, Ben Rusholme, Yashvi Sharma, Robert Stein, Gabrielle Stewart, Alice Townsend, Yozsef Vinko, J. Craig Wheeler et Avery Wold, 12 juin 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3
Des institutions telles que le California Institute of Technology – l’institution principale derrière le Bright Transient Survey où SN Zwicky a été trouvé, l’Université de Cambridge, Liverpool John Moores University, l’Université du Maryland, le NASA Goddard Space Flight Center, l’Université de Washington, l’Université de Californie, Berkeley, l’université de Portsmouth, l’École polytechnique fédérale de Lausanne, l’université Northwestern, la Humboldt-Universitat zu Berlin, le Space Telescope Science Institute, l’université de Lyon, le CNRS-IN2P3 en France, l’université du Texas à Austin et l’observatoire Konkoly ont également contribué à cette recherche révolutionnaire.
Les chercheurs de l’université de Stockholm impliqués dans ces travaux sont Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar, Nikki Arendse et Remy Joseph du département de physique et Jesper Sollerman du département d’astronomie.