Anneau d'Einstein

L'idée d'un effet de lentille gravitationnelle aurait été soulignée par Einstein dès 1912, quelques années avant la publication de sa théorie de la relativité générale[1].

En 1924, Orest Chwolson publie un court article à propos de l'effet de lentille gravitationnelle[2]. Einstein développera plus précisément le concept dans l'article Lens-like action of a star by the deviation of light in the gravitational field. (« action de lentille d’une étoile par déviation de la lumière par champ gravitationnel »), paru le 4 décembre 1936 dans la revue Science[3]. Dans cet article, Einstein explore la possibilité que la lumière d'une étoile A puisse être déviée par une étoile massive B, formant un cercle lumineux autour d'elle pour un observateur situé en ligne droite avec les deux étoiles. Einstein croyait cependant que ces cercles lumineux n'existaient que théoriquement et que les observer serait pratiquement impossible.

« Bien sûr, il n'y a aucun espoir d’observer ce phénomène directement. Premièrement, nous ne pourrons probablement jamais nous approcher assez près d’une telle ligne centrale. Deuxièmement, l’angle β [soit le rayon angulaire de l'anneau autour du centre de l'étoile qui dévie la lumière de la première étoile] défiera le pouvoir de résolution de nos instruments[trad 1]. »

— Albert Einstein, Lens-like action of a star by the deviation of light in the gravitational field[4]

En 1937, Fritz Zwicky postule que les nébuleuses extragalactiques seraient plus propices à la création d'une lentille gravitationnelle qu'une seule étoile[5].

La première observation d'un anneau d'Einstein est réalisée en 1987 au Very Large Array par un groupe de scientifiques dirigé par Jacqueline Hewitt du MIT[6]. Lors de l'observation, les scientifiques remarquent que l'objet MG1131+0456v, situé à 10 milliards d'années-lumière[7], présente une forme ovoïde inhabituelle. Plusieurs explications de ce phénomène sont avancées, mais seulement celle d'Einstein est retenue. L'objet est formé de l'émission radio d'un quasar qui passerait par une lentille gravitationnelle entre la Terre et la galaxie[8].

Selon la théorie de la relativité générale ainsi que la théorie corpusculaire de la lumière, la lumière suit la courbure de l'espace-temps. Ainsi, si un rayon de lumière passe dans le champ gravitationnel d'un objet massif tel une étoile, il est dévié[9], comme le ferait une lentille optique.

Schéma de fonctionnement d'un anneau d'Einstein avec les différentes variables.

La taille de l'anneau d'Einstein est donnée par le rayon d'Einstein. En radian, cette taille s'écrit[10] :

${\displaystyle \theta _{E}={\sqrt {{\frac {4GM}{c^{2}}}\;{\frac {d_{LS}}{d_{L}d_{S}}}}},}$

où

${\displaystyle \theta _{E}}$ est la taille angulaire en radian,

${\displaystyle G}$ est la constante gravitationnelle,

${\displaystyle M}$ est la masse de la lentille,

${\displaystyle c}$ est la vitesse de la lumière,

${\displaystyle d_{L}}$ est la distance angulaire de la lentille,

${\displaystyle d_{S}}$ est la distance angulaire de la source, et

${\displaystyle d_{LS}}$ est la distance angulaire entre la lentille et la source.

: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

• (en) Albert Einstein, « Lens-Like Action Of A Star By The Deviation Of Light In The Gravitational Field », Science, vol. 84, n^o 2188,‎ 4 décembre 1936, p. 506-507 (lire en ligne). 

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