Prise quadruple : déverrouiller les mystères de la matière noire avec une supernova à lentilles gravitationnelles à images multiples

Zoomer sur la supernova Zwicky : en partant d'une petite portion de la caméra ZTF de Palomar, l'une des 64 "quadrants", chacune contenant des dizaines de milliers d'étoiles et de galaxies, le zoom nous emmène dans des explorations détaillées réalisées avec les télescopes VLT et Keck plus grands et plus nets du Chili et d'Hawaï respectivement. Sur les meilleures images résolues de Keck, les quatre "copies" pratiquement identiques de la supernova Zwicky peuvent être vues. Les images multiples sont dues à la distorsion de l'espace causée par une galaxie en avant-plan, également visible au centre et à environ mi-chemin entre le site de l'explosion de la supernova et la Terre. Crédit : J. Johansson 

Les physiciens et les astronomes ont découvert une supernova de type Ia lentille à images multiples, "SN Zwicky", permettant l'étude sans précédent des propriétés des galaxies, des phénomènes de gravitation, 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 intrigante dans notre capacité à explorer comment les galaxies déforment l'espace environnant avec la découverte d'une supernova de type Ia lentille, surnommée "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 la découverte de l'expansion accélérée de l'univers, conduisant au prix Nobel de physique 2011. La supernova nouvellement découverte se distingue par sa luminosité extraordinaire et sa configuration de multiples images, un phénomène rare prédit par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.

Dans des circonstances extraordinaires, de grands corps astronomiques agissent comme des loupes cosmiques. Ces loupes créent également de multiples chemins lumineux visibles à différentes positions dans le ciel. Crédit : Nikki Arendse 

Quelques semaines après avoir détecté la supernova à la Zwicky Transient Facility de l'observatoire de Palomar, l'équipe a observé SN Zwicky avec les instruments d'optique adaptative de l'Observatoire W. M. Keck au sommet de Maunakea, à Hawaï, et avec les Très Grands Télescopes au Chili. Les observations de l'observatoire de Keck ont résolu les images multiples, confirmant l'hypothèse de la forte lentille derrière la luminosité inhabituelle de la supernova. Les quatre images de SN Zwicky ont également été observées avec le télescope spatial Hubble de la NASA.

L'effet de lentille à images multiples observé dans SN Zwicky est le résultat du champ gravitationnel exercé par une galaxie en avant-plan agissant comme une lentille gravitationnelle. Dans des circonstances extraordinaires, de 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 fortement lentillée, elle offre également une occasion unique d'explorer les propriétés de la galaxie en avant-plan qui cause la déviation de la lumière. Cela pourrait permettre aux astronomes d'en apprendre davantage sur les noyaux internes des galaxies et sur la matière noire. Les supernovae lentillées 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 manière qu'ils peuvent créer de multiples images d'objets à l'arrière-plan. Cet effet s'appelle la lentille gravitationnelle forte. Crédit : ESA/Hubble, NASA

Alors que les scientifiques continuent de dénouer les complexités de l'univers, la découverte de la lentille à images multiples de SN Zwicky ouvre de nouvelles voies pour étudier les phénomènes de lentille gravitationnelle et leurs implications pour la cosmologie. Il s'agit d'une étape importante vers la résolution des mystères de la matière noire, de l'énergie sombre et du destin ultime de notre cosmos. "L'extrême amplification de SN Zwicky nous donne une chance sans précédent d'étudier les propriétés des explosions de supernovae de type Ia lointaines, dont nous avons besoin lorsque nous les utilisons pour explorer la nature de l'énergie sombre", déclare Joel Johansson, chercheur postdoctoral à l'Université de Stockholm et co-auteur de l'étude.

Zooming in to supernova Zwicky: starting from a small portion of the Palomar ZTF camera, one out of 64 “quadrants”, each one containing tens of thousands of stars and galaxies, the zoom in takes us to detailed explorations carried out with the larger and sharper VLT and Keck telescopes in Chile and Hawai’i respectively. On the best resolved Keck images, the four nearly identical “copies” of supernova Zwicky can be seen. The multiple images arise due to the warping of space caused by a foreground galaxy, also seen in the center and approximately half-way between the site of the supernova explosion and Earth.” Credit: J. Johanssonif(typeof ez_ad_units!='undefined'){ez_ad_units.push([[300,250],'scitechdaily_com-box-4','ezslot_8',608,'0','0'])};__ez_fad_position('div-gpt-ad-scitechdaily_com-box-4-0');

Professor Ariel Goobar, the project’s principal investigator and the director of the Oskar Klein Centre at Stockholm University, expressed his enthusiasm for this significant finding: “The discovery of SN Zwicky not only showcases the remarkable capabilities of modern astronomical instruments but also represents a significant step forward in our quest to understand the fundamental forces shaping our universe.”

The team at the Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University leading the discovery of SN Zwicky: from the left Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar and Nikki Arendse. Credit: The Oskar Klein Centre

The team’s findings have been published in Nature Astronomy, in a paper titled “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky”. The publication provides a comprehensive analysis of SN Zwicky, including imaging and spectroscopic data collected from telescopes around the world.

For more on this research, see Supernova Explosion Revealed by Rare “Cosmic Magnifying Glasses.”

Reference: “Uncovering a population of gravitational lens galaxies with magnified standard candle SN Zwicky” by 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 and Avery Wold, 12 June 2023, Nature Astronomy.DOI: 10.1038/s41550-023-01981-3

Institutions including the California Institute of Technology – the leading institution behind the Bright Transient Survey where SN Zwicky was found, University of Cambridge, Liverpool John Moores University, University of Maryland, NASA Goddard Space Flight Center, University of Washington, University of California, Berkeley, University of Portsmouth, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Northwestern University, Humboldt-Universitat zu Berlin, Space Telescope Science Institute, Université de Lyon, CNRS-IN2P3 in France, University of Texas at Austin, and Konkoly Observatory have also contributed to this groundbreaking research.

Researchers at Stockholm University involved in the work are Edvard Mörtsell, Steve Schulze, Joel Johansson, Ana Sagués Carracedo, Ariel Goobar, Nikki Arendse and Remy Joseph from the Department of Physics and Jesper Sollerman from the Department of Astronomy.