Une équipe internationale d’astronomes propose une nouvelle méthode pour déterminer les masses d’objets compacts isolés : la lentille gravitationnelle. Les naines blanches – ces noyaux d’étoiles en fin de vie – sont ici concernées.
Pour étudier les objets les plus éloignés de l’Univers, les astronomes s’appuient souvent sur la technique dite de lentille gravitationnelle. Basée sur les principes de la théorie de la relativité générale d’Einstein, celle-ci consiste à s’appuyer sur une grande masse de matière comme une grappe de galaxies ou une étoile pour amplifier la lumière provenant d’un objet éloigné. Cet effet « loupe » permet ainsi aux astronomes d’observer des objets autrement invisibles. Mais cette technique peut-elle servir à autre chose ? Il semblerait que oui. Une équipe d’astronomes du Centre d’astrophysique Harvard-Smithsonian (États-Unis) a récemment déterminé que l’effet pourrait également être utilisé pour déterminer la masse des étoiles naines blanches.
Déterminer la masse d’un objet astronomique n’est pas une mince affaire. Jusqu’à présent, la méthode la plus utilisée reposait sur les systèmes binaires, car les paramètres orbitaux de ces systèmes dépendent des masses des deux objets. Malheureusement, les objets qui sont à l’état final d’évolution stellaire – comme les trous noirs, les étoiles à neutrons ou les naines blanches – sont souvent trop faibles ou isolés pour être détectables. Pourtant, ces derniers sont responsables de beaucoup d’événements astronomiques dramatiques : accrétion de matière, émission de rayonnement énergétique, ondes gravitationnelles, sursauts gamma par exemple. Beaucoup de ces événements sont encore un mystère pour les astronomes, ainsi déterminer la masse de ces objets est un plus.
Dans le cadre de leur étude, des astronomes de l’Université de Southampton (Royaume-Uni), des universités américaines de Cornell et de Géorgie et de l’Université du Nigeria ont identifié les objets compacts locaux. Il ont alors prédit quand ceux-ci pourraient produire un événement lenticulaire afin qu’ils puissent être étudiés. « En nous concentrant sur des objets compacts présélectionnés dans les environs immédiats du Soleil, nous nous assurons que l’événement lenticulaire sera causé par une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir », expliquent-ils. « En outre, la distance et le bon mouvement de la lentille peuvent être mesurés avec précision avant l’événement, ou bien après. Armée de cette information, la courbe de la lumière de lentille permet de mesurer avec précision la masse de la lentille ».
En fin de compte, l’équipe a déterminé que les événements de lentilles pourraient être prédits à partir de milliers d’objets locaux. Ceux-ci comprennent 250 étoiles à neutrons, cinq trous noirs et environ 35 000 naines blanches. Les étoiles à neutrons et les trous noirs représentent un défi, puisque les populations connues sont trop petites et que leurs mouvements et/ou distances ne sont généralement pas connus. Mais dans le cas des naines blanches, les auteurs prévoient qu’elles fourniront de nombreuses opportunités de lentilles à l’avenir. Sur la base des mouvements généraux des naines blanches à travers le ciel, ils ont obtenu l’estimation statistique qu’environ 30 à 50 lentilles pourraient être détectées par décennie par le télescope spatial Hubble, la mission Gaia de l’ESA, ou le James Webb Telescope de la NASA bientôt en service.
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