Lentille gravitationnelle

Un anneau d'Einstein ne se forme que lorsque l'observateur, la lentille et la source sont parfaitement alignés. Hubble a capturé le premier anneau d'Einstein optique en 1998 ; le JWST en résout aujourd'hui des centaines et les utilise pour peser les halos de matière noire autour des galaxies au premier plan avec une précision inégalée. Le lentillage gravitationnel révèle la masse indépendamment du fait qu'elle émette de la lumière ou non — ce qui fait des relevés de lentillage l'une des preuves les plus solides qu'environ 27 % de la densité d'énergie de l'univers est de la matière noire froide.

Toute concentration de masse courbe l'espace autour d'elle, et la lumière qui passe à proximité suit cette courbure : une galaxie au premier plan dévie ainsi la lumière d'un objet plus lointain situé derrière elle. Au lieu d'une seule image, on en voit deux, un arc ou un anneau complet, chacune étant amplifiée. Plus la lentille est massive et l'alignement précis, plus le rayon d'Einstein θ_E que calcule cet outil est grand. Les astronomes s'en servent comme d'un téléobjectif gratuit pour étudier des galaxies trop faibles pour être vues directement.

Une lentille gravitationnelle est un instrument optique étonnamment médiocre. Une lentille convergente en verre dévie d'autant plus les rayons qu'ils passent loin du centre et concentre la lumière parallèle en un foyer unique ; la gravité fait l'inverse — la déviation α = 4GM/(c²b) croît à mesure que la lumière frôle la masse. Les rayons parallèles ne se rejoignent donc jamais en un point, mais s'accumulent le long d'une ligne s'étendant à l'infini. C'est précisément ce 'défaut' qui étale les sources en anneaux et en arcs plutôt qu'en points nets.