Supernova captée 3 fois par James Webb en 2025 : lentille gravitationnelle en jeu

Le télescope spatial James Webb vient de révéler un phénomène cosmique aussi énigmatique qu’éblouissant : une supernova de type Ia, vieille de 10 milliards d’années, captée trois fois dans le ciel comme un écho lumineux. Cette découverte, réalisée dans l’amas de galaxies PLCK G165.7+67.0, situé à 3,6 milliards d’années-lumière de la Terre, remet en lumière l’extraordinaire pouvoir des lentilles gravitationnelles et relance un débat scientifique vieux d’un siècle sur l’expansion de l’univers.

Quand l’univers joue avec les reflets : une supernova multipliée par trois

Le 15 novembre 2023, une équipe internationale d’astronomes menée par Amara Ndebele, astrophysicienne à l’Université de Cape Town, observait une région lointaine du ciel lorsque le télescope James Webb a capté une lumière inhabituelle. « Nous avons d’abord cru à une erreur de calibration », raconte-t-elle. Mais les données étaient formelles : trois images distinctes d’une même supernova apparaissaient, séparées par de minuscules variations temporelles. L’explication ? La lentille gravitationnelle.

Ce phénomène, prédit par la théorie de la relativité générale d’Einstein, se produit lorsque la lumière d’un objet distant est déformée et amplifiée par une masse intermédiaire, ici une galaxie géante. « C’est comme regarder à travers un verre de vin qui déforme l’image », illustre Lars Kowalski, chercheur à l’Institut Max Planck de physique extraterrestre. La supernova, baptisée SN-Requiem, est ainsi visible sous trois angles différents, chacun correspondant à un trajet unique de la lumière à travers le cosmos.

La gravité, magicienne du cosmos : quand la lumière se plie aux lois de l’univers

La lentille gravitationnelle n’est pas une simple curiosité optique. Elle permet aux scientifiques d’étudier des objets inaccessibles autrement. « Sans ce phénomène, nous n’aurions jamais pu observer une explosion aussi ancienne », affirme Amara Ndebele. En effet, la supernova SN-Requiem se situe à une époque où l’univers n’avait que 3,5 milliards d’années, soit un quart de son âge actuel.

Les supernovae de type Ia jouent un rôle crucial en astrophysique. Leur luminosité extrêmement régulière en fait des « chandelles standard » pour mesurer les distances cosmiques. « Elles sont nos repères dans l’océan de l’univers », explique Lars Kowalski. En observant leurs variations d’éclat, les astronomes peuvent cartographier l’expansion de l’univers. Mais l’effet de lentille gravitationnelle ajoute une dimension supplémentaire : en comparant les temps d’arrivée des trois images de SN-Requiem, les chercheurs espèrent affiner leur compréhension de la structure de l’espace-temps lui-même.

Une vieille querelle scientifique ravivée : la tension de Hubble sous le feu des observations

Depuis les années 1920, les astronomes savent que l’univers s’étend. Mais à quelle vitesse ? Deux méthodes rivales dominent le débat. La première, basée sur le fond diffus cosmologique (les « échos » du Big Bang), donne une valeur de 67 km/s/Mpc (kilomètres par seconde par mégaparsec). La seconde, qui utilise les Céphéides (étoiles variables proches), aboutit à 73 km/s/Mpc. Cette divergence, appelée « tension de Hubble », est un des grands mystères de la cosmologie moderne.

La découverte de SN-Requiem vient compliquer le tableau. En analysant les décalages temporels entre les trois images de la supernova, l’équipe d’Amara Ndebele a mesuré une expansion de 75,4 km/s/Mpc. « C’est une surprise », reconnaît-elle. « Nos résultats suggèrent que soit nos modèles cosmologiques sont incomplets, soit la tension de Hubble cache un phénomène encore inconnu. » Pour Lars Kowalski, cette valeur élevée pourrait indiquer une évolution de l’énergie noire, cette mystérieuse force qui accélère l’expansion de l’univers.

« L’univers est plus complexe qu’on ne le croit » : les implications cosmiques

Les implications de cette découverte dépassent le simple calcul de la constante de Hubble. « Si l’énergie noire changeait avec le temps, cela bouleverserait nos modèles actuels », souligne Brenda Frye, co-auteure de l’étude publiée dans Nature Astronomy. Pour elle, SN-Requiem est « un message envoyé par l’univers lui-même ». « Nos résultats montrent que nous ne comprenons qu’une fraction des mécanismes en jeu », ajoute-t-elle. « Peut-être existe-t-il une nouvelle physique au-delà de la relativité générale. »

Ces interrogations ouvrent des perspectives inédites. « Nous pourrions découvrir que l’univers n’est pas aussi homogène que nous le pensons », avance Lars Kowalski. « Et si les lois de la physique variaient selon les régions du cosmos ? » Pour Amara Ndebele, cette hypothèse « ne doit plus être écartée ». « L’observation de SN-Requiem nous force à repenser nos présomptions », conclut-elle.

Une nouvelle ère pour la recherche spatiale : le télescope James Webb en première ligne

SN-Requiem n’est probablement pas un cas isolé. « James Webb, avec sa sensibilité sans précédent, va révolutionner notre capacité à observer ces phénomènes », prédit Brenda Frye. Dès 2024, un programme baptisé COSMOS-Webb prévoit de cartographier 600 000 galaxies, dont de nombreuses lentilles gravitationnelles candidates. « Chaque découverte sera une fenêtre ouverte sur l’histoire de l’univers », espère Lars Kowalski.

Les perspectives sont vertigineuses. « Dans les prochaines décennies, nous pourrions observer des supernovae datant de l’enfance de l’univers », imagine Amara Ndebele. « Ces échos lumineux nous raconteront comment l’espace-temps s’est structuré depuis le Big Bang. » Pour Brenda Frye, ce n’est que le début d’une « nouvelle ère de la cosmologie observationnelle ».

A retenir

Qu’est-ce que la lentille gravitationnelle ?

La lentille gravitationnelle est un phénomène prédit par la relativité générale. Lorsque la lumière d’un objet distant passe à proximité d’une masse très importante (comme une galaxie), elle est déviée, amplifiée et déformée. Cela peut créer plusieurs images d’un même objet, comme dans le cas de la supernova SN-Requiem.

Pourquoi les supernovae de type Ia sont-elles importantes ?

Les supernovae de type Ia ont une luminosité extrêmement régulière, ce qui en fait des outils précieux pour mesurer les distances cosmiques. Leur observation a permis de découvrir l’accélération de l’expansion de l’univers en 1998, récompensée par un prix Nobel de physique en 2011.

Qu’est-ce que la tension de Hubble ?

La tension de Hubble désigne la divergence entre deux méthodes de mesure de l’expansion de l’univers : l’une basée sur le fond diffus cosmologique (67 km/s/Mpc), l’autre sur les étoiles proches (73 km/s/Mpc). La découverte de SN-Requiem avec James Webb suggère une valeur encore plus élevée (75,4 km/s/Mpc), accentuant le mystère.

Comment James Webb change-t-il la donne ?

James Webb, avec son miroir de 6,5 mètres et ses instruments infrarouges, permet d’observer des objets plus anciens et plus faibles que jamais. Sa capacité à détecter des lentilles gravitationnelles ouvre une nouvelle fenêtre sur l’histoire de l’univers et les propriétés de l’énergie noire.