Une publication dans Astrophysical Journal

12 nouveaux quasars d'Einstein découverts au moyen de techniques d’intelligence artificielle

8 avril 2021

Grâce à des techniques d'intelligence artificielle, une équipe internationale de chercheurs, parmi lesquels des astronomes de l’ULiège, a découvert une douzaine de nouveaux quasars dont la lumière est si fortement déviée par les galaxies d'avant-plan qu'ils sont visibles sous la forme de quatre images distinctes, ressemblant à des trèfles cosmiques à quatre feuilles. Ces joyaux célestes constituent des outils uniques pour mieux connaître la matière noire et le taux d'expansion de l'Univers.

LLes résultats, qui sont publiés dans The Astrophysical Journal (actuellement disponibles en preprint sur Arxiv), ont été obtenus en combinant des outils d’intelligence artificielle avec des données provenant de plusieurs télescopes terrestres et spatiaux, notamment la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA), le Wide-field Infrared Survey Explorer (ou WISE) de la NASA, l'observatoire W. M. Keck à Maunakea, à Hawaï, l'observatoire Palomar de Caltech, le New Technology Telescope de l'Observatoire européen austral au Chili et le télescope Gemini Sud au Chili.

L'idée que la gravité puisse amener des objets massifs comme les galaxies à plier le tissu de l'espace-temps, et donc à agir comme une lentille et à dévier la lumière provenant d'objets distants, avait déjà été prédite par Einstein en 1912. Mais la première image double d'un quasar à lentille n'a été découverte qu'en 1979, et la première image quadruple en 1985. Les trèfles cosmiques à quatre feuilles sont rares, et depuis 1985, seuls une soixantaine ont été découverts.

Les quasars à images multiples sont des outils uniques pour mesurer les paramètres cosmologiques fondamentaux tels que la constante de Hubble-Lemaître, c’est-à-dire le taux d'expansion actuel de l'Univers (dont la valeur est toujours contestée), ou la matière noire dans l’Univers.

En étant capable d’étudier le ciel avec une résolution spatiale sans précédent, le télescope européen Gaia change la donne dans la détection, complexe, de nouveaux trèfles cosmiques. Les 12 trèfles découverts augmentent de 20% le nombre de trèfles confirmés.

Le rôle actif des astronomes de l’ULiège

Les astronomes de l’Université de Liège Ludovic Delchambre, Dominique Sluse et Jean Surdej (STAR Institute / Faculté des Sciences) font partie de l’équipe internationale qui annonce la découverte de ces nouveaux quasars multiples.

L’intérêt des astronomes de l’ULiège pour ces mirages gravitationnels remonte au début des années 1980 quand, à l’époque, de nombreux scientifiques doutaient encore de l’existence de ces phénomènes prédits dans le cadre de la relativité générale d’Einstein.

En 1987, le Pr Jean Surdej a proposé que ces mirages seraient facilement identifiables parmi les astres les plus lumineux de l’Univers, des quasars situés à environ 10 milliards d’années-lumière. Plusieurs exemples de mirages ont alors été découverts. Il a ensuite proposé en 2002 de rechercher ces mirages cosmiques parmi le milliard d’astres qui seraient détectés au moyen de l’observatoire spatial européen Gaia.

Les nouveaux quasars d’Einstein découverts témoignent de la pertinence de cette proposition. Les astronomes de l’ULiège ont très activement participé à la recherche de ces mirages, à leur modélisation ainsi qu’à la réduction et à l’analyse de spectres obtenus avec de grands télescopes terrestres.

Lensing 4-Panel

Quatre des nouveaux quasars ayant fait l'objet d'une imagerie à partir du sol. Le point flou au milieu des images est la galaxie « lentille », dont la gravité divise la lumière du quasar derrière elle de manière à produire quatre images du quasar. En modélisant ces systèmes et en surveillant la variation de la luminosité des différentes images dans le temps, les astronomes peuvent déterminer le taux d'expansion de l'univers et aider à résoudre les problèmes cosmologiques. Crédit image : The GraL Collaboration

Ce diagramme illustre la façon dont les quasars à image quadruple, ou quads en abrégé, sont produits sur le ciel. La lumière d'un quasar lointain, situé à des milliards d'années-lumière, est courbée par la gravité d'une galaxie massive qui se trouve devant lui, vue de notre point de vue sur Terre. La courbure de la lumière donne l'illusion que le quasar s'est divisé en quatre objets similaires entourant la galaxie de premier plan, ressemblant à un trèfle à quatre feuilles. Crédit image : Hurt (IPAC/Caltech)/Collaboration GraL

Référence scientifique

Stern et al., Gaia GraL: Gaia DR2 Gravitational Lens Systems. VI. Spectroscopic Confirmation and Modeling of Quadruply-Imaged Lensed Quasars, The Astrophysical Journal. Preprint : https://arxiv.org/abs/2012.10051

Contacts

Ludovic Delchambre, chercheur au Groupe d’astrophysique des hautes énergies de l’Unité de Recherches STAR, Département d'astrophysique, géophysique et océanographie, Université de Liège,

Pr Jean Surdej, professeur ordinaire honoraire, Directeur de Recherche honoraire du F.R.S.-FNRS