Effets de microlentille avec une lentille binaire

Un autre type d’´ecart `a la loi standard d´ecrite section 2.1.1 a lieu si la lentille est en fait binaire, c’est `a dire, par exemple, compos´ee de deux objets compacts (MACHOs, ´etoiles, etc.). Les ´etoiles ´etant fr´equemment binaires, on s’attend `a ce que des effets de microlentilles binaires soient observ´es. Les courbes de lumi`ere pouvant r´esulter de ce type d’´ev´enement prennent des formes tr`es diverses [Bozza 2001], [Paczy´nski 1996], [Witt 1990]. Cela est dˆu au fait que le caract`ere binaire de la lentille ajoute un grand nombre de param`etres libres (les masses respectives des composantes de la lentille et leur configuration par rapport

59 2.2 Compl´ement sur l’effet de microlentille

Fig. 2.12: Figure tir´ee de [Paczy´nski 1996]. Le panneau de gauche illustre la g´eom´etrie des ph´enom`enes de microlentille responsable des courbes de lumi`ere pr´esent´ees sur le pan-neau de droite. A gauche : les deux masses ´egales composants la lentille sont symbolis´ees par les points. La courbe en trait plein repr´esente le caustique. Lorsque la source tra-verse le caustique, l’amplification devient colossale et l’image de la source est situ´ee sur la courbe dessin´ee en pointill´es (appel´ee “courbe critique”). Cinq trajectoires de la source sont consid´er´ees. A droite : les cinq courbes de lumi`ere correspondant aux cinq trajectoires. La correspondance s’effectue dans l’ordre (la courbe de lumi`ere situ´ee en haut correspond `a la trajectoire situ´ee en haut, etc.). Dans l’exemple du haut, lors de la travers´ee du caustique l’amplification est sup´erieure `a 6,5 magnitudes (i.e : le flux en direction de l’observateur est multipli´e par plus de 400).

`a l’´etoile source) `a l’´equation de Paczy´nski classique (2.13). L’interpr´etation des courbes observ´ees ne peut se faire analytiquement et n´ecessite des m´ethodes num´eriques ´elabor´ees [Albrow et al. 1999], [Mao et di Stephano 1995]. Il convient cependant d’insister sur une propri´et´e essentielle des lentilles binaires : dans certaines configurations observateur–lentille– source, l’amplification de la source est colossale, et mˆeme infinie dans l’approximation d’une source ponctuelle. Pour une ligne de vis´ee observateur–lentille donn´ee, l’ensemble des po-sitions de la source pour lesquelles l’amplification est infinie forment une courbe appel´ee “caustique” (dans le cas d’une lentille ponctuelle, cf. ´equation (2.10), le caustique est en fait r´eduit au point u = 0). La figure 2.12 illustre, pour une lentille binaire donn´ee et pour cinq diff´erentes trajectoires de la source, les courbes de lumi`ere r´esultantes.

2. D´etection des MACHOs par effet de microlentille

gravitationnelle 60

2.3 L’effet de microlentille pour la d´etection d’objets

massifs

L’effet de microlentille gravitationnelle est susceptible de mettre en ´evidence les corps compacts se trouvant proche de la ligne de vis´ee d’une source lumineuse. Le type d’infor-mation que permet d’obtenir la recherche de microlentilles peut donc ˆetre qualitativement r´esum´e ainsi : le nombre de microlentilles observ´e r´ev`ele la quantit´e d’objets situ´es en avant plan, tandis que l’´echelle de temps des ´ev´enements r´ev`ele les distributions de masse et de vitesses de ces objets. [Paczy´nski 1986] montre qu’il est ainsi possible d’´etudier la mati`ere sombre sous forme de MACHOs pr´esente dans le halo de la Voie Lact´ee en recherchant les effets de microlentille que ces MACHOs induisent sur des ´etoiles extra-galactiques. Trois exp´eriences nomm´ees EROS [3], MACHO [5] et OGLE [6] ont effectu´e ce type de recherche en direction des Nuages de Magellan. Par la suite, [Baillon et al. 1992] (voir ´egalement [Baillon et al. 1993]) et [Crotts 1992] propos`erent parall`element d’utiliser cette m´ethode pour la d´etection de MACHOs en direction de la galaxie d’Androm`ede, not´ee M31. M31 est la galaxie spirale la plus proche de la nˆotre, elle est environ deux fois plus massive que la Voie Lact´ee et poss`ede un halo propre (ce qui n’est vraisemblablement pas le cas des Nuages de Magellan qui se situent dans le halo de la Voie Lact´ee). La ligne de vis´ee vers M31 traverse donc le halo de la Voie Lact´ee ainsi que le halo de M31, et ce type d’observation est susceptible d’apporter des informations sur les deux halos. Ceci donna ´egalement lieu `a plusieurs s´eries d’observations : AGAPE [1], dans le cadre de laquelle s’effectue cette th`ese, VATT-COLUMBIA [2], WeCAPP [4], Nainital, etc. Enfin, dans le but de tester la m´ethode de recherche de microlentilles ind´ependemment de l’existence de la mati`ere sombre, ainsi que pour ´etudier la distribution de la mati`ere visible de la Voie Lact´ee, d’autres s´eries d’observations, effectu´ees dans le cadre des exp´eriences : DUO, EROS 2 [3], MACHO [5] et OGLE [6], furent dirig´ees vers le centre galactique. La figure 2.13 r´esume les diff´erentes lignes de vis´ee auxquelles se sont consacr´ees les principales exp´eriences de recherche de microlentilles.

La principale difficult´e `a laquelle sont confront´ees les exp´eriences de recherche de mi-crolentilles est que la profondeur optique (voir section 2.1.6) est toujours tr`es faible (typi-quement τ < 10−6). Autrement dit, les effets de microlentille sont rares et il est n´ecessaire d’observer au minimum quelques millions d’´etoiles afin d’obtenir une statistique satisfai-sante. De plus, afin d’ˆetre capable de mettre en ´evidence des corps pouvant avoir des masses typiquement comprises entre 10−7M et plusieurs M, les exp´eriences doivent ˆetre sensibles aux ´ev´enements ayant des ´echelles de temps comprises entre quelques heures et plusieurs mois. Les observations doivent donc pr´esenter un ´echantillonnage en temps serr´e

61 2.3 L’effet de microlentille pour la d´etection d’objets massifs DUO EROS 2 MACHO OGLE AGAPE VATT−COLUMBIA WeCAPP MACHO OGLE EROS / EROS 2

M31

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