Comment la gravité courbe la lumière

La lumière file tout droit, non ? Pas tout à fait. Selon la relativité générale d'Einstein, la masse déforme l'espace et le temps, et la lumière qui passe près d'un objet massif épouse cette déformation : elle se courbe. Une masse assez grosse, comme un amas de galaxies, devient alors une lentille gravitationnelle, qui courbe, déforme et grossit la lumière de ce qui se trouve derrière elle.

Le premier test a eu lieu pendant l'éclipse totale de Soleil du 29 mai 1919. Profitant du Soleil masqué, deux expéditions, l'une sur l'île de Príncipe au large de l'Afrique de l'Ouest, l'autre à Sobral au Brésil, ont photographié les étoiles voisines du Soleil. À Príncipe, l'astronome Arthur Eddington s'est réveillé sous l'orage et une pluie battante, puis il était si occupé à changer ses plaques photographiques qu'il a à peine vu l'éclipse. Mais les plaques détenaient la réponse : la lumière des étoiles avait été légèrement déviée, si bien qu'elles semblaient un peu décalées. Le résultat a fait la une des journaux et rendu Einstein célèbre dans le monde entier.

Aujourd'hui, l'effet de lentille est l'un des outils les plus précieux de l'astronomie. Quand une source, une lentille et un observateur sont parfaitement alignés, la source apparaît sous la forme d'un anneau lumineux : un anneau d'Einstein. Et comme l'essentiel de la masse des amas de galaxies qui servent de lentilles est de la matière noire invisible, cartographier la déformation de la lumière d'arrière-plan permet de repérer où se cache cette matière noire.

La lentille peut même jouer avec le temps. En 2014, le télescope Hubble a vu une supernova, baptisée Refsdal, éclatée en quatre images par un amas de galaxies. Une partie de sa lumière avait pris un autre chemin, plus long. Les astronomes ont prédit où elle réapparaîtrait, et en décembre 2015, elle était au rendez-vous. La même explosion, vue deux fois, à un an d'écart.