Des quasars aux mirages gravitationnels

La deuxième partie de la thèse visait à établir des prévisions sur l’apport scientifique du télescope. La gravité donnant sa forme au miroir, ce dernier ne pourra pas être incliné, le télescope pointe donc en permanence vers le Zénith. Cependant, grâce à la rotation de la terre,  le télescope aura accès à une bande de ciel qu'il va imager chaque nuit et on aura la possibilité d’étudier tous les objets s’y trouvant.

Pendant cinq ans, l’ILMT va imager chaque nuit la même bande de ciel et emmagasiner une grande quantité de données sur les variations des flux lumineux de tous les objets dans cette bande de ciel. En comparant les images des mêmes champs acquises nuit après nuit, l'ILMT est un instrument idéal pour détecter les objets photométriquement variables, tels que les quasars, ces noyaux actifs de galaxies dont certains se trouvent à plusieurs milliards d’années-lumière, dont les flux lumineux arrivant jusqu’à nous ont été émis à la moitié de l’âge de l’univers ou plus tôt encore.

Une première étape théorique était de déterminer combien de quasars les chercheurs pouvaient s’attendre à observer. Sur base d’autres études, la répartition moyenne des quasars dans l'espace était connue. De là, il suffit de simuler la population de quasars dans la bande du ciel accessible par l'ILMT et, connaissant le flux lumineux le plus faible qui pourra être détecté par l’ILMT, ne garder que les sources suffisamment brillantes pour être détectées. De cette façon, François Finet a estimé le nombre de candidats à plus de 9000. Il s’agit là d’une simulation prévisionnelle, sur base des connaissances et des hypothèses actuelles communément partagées sur la composition de notre univers. « Mais ce qui m’intéressait réellement, et c’était la deuxième étape de cette partie, c’était d’estimer parmi les quasars qui vont être détectés, combien de mirages gravitationnels nous pouvions nous attendre à observer. Et en calculant la probabilité d'avoir un déflecteur entre la source et l’observateur, suffisamment proche de la ligne de visée former un mirage gravitationnel,  on s’attend à ce qu’il y ait entre 28 et 29 mirages gravitationnels, dont 22 ou 23 détectés, à cause de la résolution angulaire finie de l'instrument, i.e. sa capacité à distinguer deux sources angulairement très proches.» En d'autres mots, on s'attend donc à ce que parmi les 9000 quasars détectés, 29 aient un déflecteur  suffisamment proche de leur ligne de visée, pour qu'il conduise à la formation d'images multiples de ces sources.

Des mirages gravitationnels à la vitesse d’expansion de l’univers

23 mirages gravitationnels sur 9000 quasars, pourquoi le jeune chercheur se réjouit-il tant de les observer ? Parce qu’ils peuvent nous apprendre beaucoup sur l’expansion de l’univers et sur son contenu en matière. « Les observations des mirages gravitationnels peuvent être utilisées de différentes manières, précise l’astrophysicien. D’abord, on peut les utiliser individuellement, ce qui peut nous apprendre deux choses. Premièrement, la déflection de la lumière dépend de la masse totale du déflecteur, qui comprend la masse visible et la matière noire. Si l’on connaît la distance de la source, ainsi que celle du déflecteur, on peut dès lors déterminer la distribution de masse totale du déflecteur. Deuxièmement, si on connaît la distribution de masse du déflecteur, on va pouvoir mesurer la vitesse d’expansion locale de l’univers, la constante d’Hubble, par la mesure des délais temporels. »