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image et science : 1- lentille gravitationnelle



  1. #1
    deep_turtle

    image et science : 1- lentille gravitationnelle


    ------

    Bonjour à tou(te)s,

    Une des raisons pour lesquelles l'astronomie et l'astrophysique font rêver, ce sont les images qu'elles fournissent de l'Univers qui nous entoure. Des planètes aux amas de galxies les plus lointaines, jusqu'au rayonnement de fond cosmologique, nous avons tous en tête des images de plus en plus belles et précises de ces objets.

    Je voudrais ici vous proposer de discuter d'une image, en se concentrant sur l'aspect scientifique. Si les astronomes prennent des images du ciel, ce n'est pas juste parce qu'elles sont jolies, mais aussi parce qu'en les analysant on peut apprendre quelque chose.

    Voici l'image que je vous propose (elle est issue de l'excellent site APOD, pour Astronomical Picture Of the Day).

    Cette image, prise avec le HST (téléscope Spatial Hubble) en 1994, représente un amas de galaxies portant le doux nom 0024+1654 ( ), et situé à une distance de plusieurs milliards d'années-lumière (le décalage vers le rouge est de 0.4). La plupart des taches ovales oranges sont des galaxies appartenant à cet amas.

    On voit aussi une poignée d'objets ayant une apparence différente, plus irrégulière, et d'une couleur bleue. En analysant ces images, on se rend compte qu'elles sont en fait les images multiples d'une seule et même galaxie, située derrière l'amas (à un décalage vers le rouge vraisemblablement compris entre 1.2 et 1.4). La courbure de l'espace-temps due à la masse de l'amas (sa gravité) "dévie" les rayons lumineux, et renvoie en direction de la Terre des rayons qui, sans la présence de l'amas, seraient passés bien à côté. C'est le phénomène de lentille gravitationnelle, qui peut comme dans ce cas conduire à l'apparition de "mirages" gravitationnels.

    Cette photo présente un intérêt énorme, car en analysant de la position de ces images multiples, on peut reconstruire le champ de gravitation de l'amas, et donc en déduire la masse qui s'y trouve (y compris toute la masse qui n'émettrait pas de rayonnement !). Pour les curieux, voici article correspondant (je pense que l'article est en accès libre, dites-moi sinon). Ceci peut aussi vous donner une idée de la différence entre un article de vulgarisation et un article de science...

    Les conclusions de cette étude : les auteurs en déduisent la distribution de masse dans les galaxies individuelles de l'amas, ainsi que plusieurs propriétés de la galaxie dont on voit les images multiples.

    Il s'avère que dans ce cas, la lentille gravitationnelle agit vraiment comme une loupe et rend l'image de la galaxie bleue plus visible. Plusieurs propositions sont étudiées pour utiliser ces lentilles gravitationnelles pour voir plus loin...

    Voilà, c'est juste pour lancer la discussion au cas où quelqu'un voudrait se pencher un peu plus sur ce sujet passionnant...

    -----

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  3. #2
    charly

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    C'est dure de ne voir que des donnés dans ces magnifique image .
    La croix d'einstein était également un phenomene de difraction de la lumiére par lentille gravitationelle il me semble .
    Enfin il y'en a d'autre non ? J'ai l'impression de deceler d'autre galaxie redondante , enfin je me trompe peut etre ...

  4. #3
    deep_turtle

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Alors attention, il ne s'agit pas de diffraction mais bien de déviation des rayons lumineux, exactement comme si le rayon passait dans un milieu d'indice variable (attribuer un indice optique au vide est d'ailleurs une astuce technique pour faire des calculs dans ces situations).

  5. #4
    Lambda0

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Hi

    L'article se charge bien. Pas encore lu, mais une première question naive d'opticien épais.
    Question : les nuages de gaz se trouvant entre l'objet et nous ne peuvent ils pas définir un indice de réfraction (évidemment très très très proche de 1) et donc des gradients d'indice ?
    Calcul d'ordre de grandeur : si celà n'était pas dû à la gravité, quel devrait être le profil d'indice générant celà, et la densité de gaz nécessaire ?

    Début hors-sujet
    J'en suis à quelques centaines de pages d'articles sur la loi de Hubble. Bigre ! Il y a bien matière à polémique, sur les formules pour les grandes distances.
    Fin hors-sujet

    A+
    Dernière modification par Lambda0 ; 03/12/2004 à 12h21.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    deep_turtle

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Question : les nuages de gaz se trouvant entre l'objet et nous ne peuvent ils pas définir un indice de réfraction (évidemment très très très proche de 1) et donc des gradients d'indice ?
    Excellente question en effet... Je m'étais convaincu que non à une époque mais il faut que je retrouve mes notes... Ce soir.

    Calcul d'ordre de grandeur : si celà n'était pas dû à la gravité, quel devrait être le profil d'indice générant celà, et la densité de gaz nécessaire ?
    Si quelqu'un veut se lancer dans cette estimation, voici l'angle de déviation dû à l'effet purement gravitationnel :


    où M10 est la masse de l'objet déflecteur en dizaines de milliards de masse solaire et r(Mpc) la distance en megaparsec à laquelle le rayon lumnieux passe le plus près de cette masse...

    Il faut alors comparer cet angle à celui dû au gradient d'indice d'un gaz. Pour une distribution isotherme, la densité varie spatialement en 1/r2, et donc le gradient varie en 1/r3. Maintenant il faut prendre en compte le fait que le rayon traverse une certaine épaisseur de gaz avec des gradients différents, ainsi que la normalisation des lois que je viens de donner... Des amateurs ?
    Dernière modification par deep_turtle ; 03/12/2004 à 13h28. Motif: erreur de balise

  8. #6
    deep_turtle

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Sinon, on peut faire la différence entre une déviation due à la gravité et celle due à de la réfraction, car dans le second cas on s'attend à ce que l'effet dépend de la longueur d'onde (et change le spectre de l'objet observé), alors que dans le premier il est totalement achromatique. Ce genre de test est fait dans les expériences qui s'intéressent aux micro-lentilles gravitatinnelles, par exemple.

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  10. #7
    Evil.Saien

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Bof, pas terrible cette image... Un petit coup de deconvolution et elle pourrait deja etre beaucoup mieux !
    http://images.google.com/imgres?imgu...lr%3D%26sa%3DN
    Dernière modification par Evil.Saien ; 03/12/2004 à 14h05.

  11. #8
    deep_turtle

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Citation Envoyé par Evil.Saien
    Bof, pas terrible cette image... Un petit coup de deconvolution et elle pourrait deja etre beaucoup mieux !
    Merci pour cette remarque très positive, tu mets le doigt sur un point très important... La déconvolution permet parfois d'améliorer l'aspect visuel des images (quoique sur celle que tu indiques l'image déconvoluée est très laide), mais c'est une opération très périlleuse et difficile dès qu'il s'agit d'analyser le contenu scientifique !

    Pour une déconvolution réussie, il faut connaître parfaitement la fonction de transfert de tout ce qui s'interpose entre la source et le détecteur, et dans la plupart des cas on évite de faire ça...

  12. #9
    Evil.Saien

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Citation Envoyé par deep_turtle
    quoique sur celle que tu indiques l'image déconvoluée est très laide
    C'est vrai, désolé mais j'ai pas trouvé mieux

    On pourrait séparer la déconvolution en 2 types:
    - Le defloutage : donne un meilleur rendu visuel de l'image, on a l'impression que la résolution est augmentée et on la trouve beaucoup plus jolie. Toutefois c'est pas sur que ce soit l'image réelle (application par exemple en photographie, ou pour montrer de jolies photod d'astronomie). Dans ce cas a connaissance de la fonction de transfert n'est pas necessaire.

    - La deconvolution : ici on essaye de retrouver la vraie image d'origine. Le rendu peut etre moins beau mais plus proche de la réalité. La connaissance de la fonction de transfert est certes un atout, mais pas indispensable (blind déconvolution) pour peut qu'on puisse l'éstimer (a quelques paramètres près) théoriquement. On essaye alors de trouver le jeux de paramètres en imposant des conditions sur la vraie image.
    Ce domaine est en pleine expension en ce moment, surtout en microscopie, et il reste vraiment beaucoup a faire au niveau de l'optimisation des algorithmes, puisque pour deconvoluer une image très haute résolution, plusieurs jours de calculs sur un ordi très puissant (genre CRAY) sont necessaires (je suis bien placé pour le savoir...)

  13. #10
    Madarion

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Citation Envoyé par deep_turtle Voir le message
    Alors attention, il ne s'agit pas de diffraction mais bien de déviation des rayons lumineux, exactement comme si le rayon passait dans un milieu d'indice variable (attribuer un indice optique au vide est d'ailleurs une astuce technique pour faire des calculs dans ces situations).
    Bonjour Deep_turtle,

    >> http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffraction

    Sur la page du mot " Diffraction " de Wikipédia, je trouve deux images d'une expérience.

    hors, il y a une ressemblence étrange entre ce que l'on peut observer en Astronomie et ces images.


    Si, quand ont parles de " lentille gravitationelle " ont ne parles pas de " diffraction " comment ce fait-il que les deux principes produisent des effets si proches ?

  14. #11
    Eddington

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Citation Envoyé par Madarion Voir le message
    Sur la page du mot " Diffraction " de Wikipédia, je trouve deux images d'une expérience.

    hors, il y a une ressemblence étrange entre ce que l'on peut observer en Astronomie et ces images.


    Si, quand ont parles de " lentille gravitationelle " ont ne parles pas de " diffraction " comment ce fait-il que les deux principes produisent des effets si proches ?
    Bonjour,

    Ce n'est qu'en apparence que les images sont proches, et c'est une question de point de vue(personellement, je ne trouve pas qu'il y ait une ressemblance flagrante ).

    En diffraction, il y a une image centrale alors qu'avec une lentille gravitationnelle, le centre est occupée par l'objet massif qui est à l'origine de l'effet.

  15. #12
    Madarion

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Pas de ressemblances flagrantes, certes je te l'accorde.
    Mais quand ont passe d'une expérience de laboratoire a la réalité, il y a une certaine marge a incorporer.

    Ainsi, en étant assez large ont peut dire que " la croix d'Einstein " et " l'anneau d'Einstein " est reproductible a partir d'un trou dans carton.

    >> http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffraction

    >> http://www.futura-sciences.com/fr/si...onnelles_7617/
    >> http://fr.wikipedia.org/wiki/Anneau_d%27Einstein

    Dingue non ?
    Dernière modification par Madarion ; 23/01/2008 à 19h01.

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  17. #13
    Coincoin

    Re : image et science : 1- lentille gravitationnelle

    Salut,
    Je ne vois pas vraiment d'analogie, mis à part que ça donne un cercle. Tu verras bien plus d'analogie entre la diffraction et un caillou jeté dans une mare.
    La forme que tu vois comme analogue est un point central entouré d'un cercle. Dans le cas de la diffraction, il y a en réalité d'autres cercles de moins en moins lumineux. Dans le cas de la lentille gravitationnelle, le point et le cercle n'ont pas la même origine : le point central correspond à la galaxie d'avant-plant tandis que le cercle provient de l'objet d'arrière-plan. SI ça se ressemble, c'est simplement que le cercle est une forme particulièrement symétrique donc de base, qu'on retrouve par conséquent dans de nombreux problèmes.
    Encore une victoire de Canard !

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