La danse d’une étoile autour du trou noir de la Voie lactée montre qu’Einstein avait raison

La danse d’une étoile autour du trou noir de notre galaxie a été observée par des chercheurs. Le mouvement de cet astre, en orbite autour de Sagittarius A*, confirme les prévisions de la théorie de la relativité générale d’Einstein. La découverte, présentée par l’Observatoire européen austral (ESO) le 16 avril 2020, fait l’objet d’une étude publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics.

« La théorie de la relativité générale continue de passer tous les tests expérimentaux avec brio. […] Le centre galactique fournit actuellement le meilleur ‘laboratoire’ pour tester la relativité générale près des trous noirs massifs », écrivent les auteurs. Au cœur de la Voie lactée, se trouve Sagittarius A*, une source d’onde radio associée à un astre compact d’environ 4 millions de masses solaires : un trou noir. Une étoile, baptisée S2, s’approche très près du trou noir, à moins de 20 milliards de kilomètres. Elle est en orbite autour de lui. Lorsqu’elle se trouve à sa distance la plus courte du trou noir, elle se déplace à 3% de la vitesse de la lumière.

Pour aller plus loin

Cette étoile frôlerait le trou noir de la Voie Lactée sans se faire happer

Vue d'artiste : le mouvement de l'étoile est en forme de rosette.

Source : ESO/L. Calçada (photo recadrée)

La précession de Schwarzschild : qu’est-ce que c’est ?

Les scientifiques expliquent avoir détecté pour la première fois de façon directe ce qu’on appelle la précession de Schwarzschild, un effet représenté sur l’image ci-dessus (de façon exagéré afin qu’il soit visible). L’orbite de l’étoile S2 présente la forme d’une rosette et non d’une ellipse. « L’orbite suivante est en rotation par rapport à la précédente », décrit l’ESO dans son communiqué.

Jamais cette précession n’avait été mesurée pour une étoile en orbite autour d’un trou noir supermassif. C’est cette précession de Schwarzschild qui modifie la trajectoire de S2 autour du trou noir. « Nos résultats sont cohérents avec la relativité générale », assurent les auteurs. La théorie de la relativité générale permet en effet d’estimer précisément l’amplitude du changement d’une telle orbite qui précesse.

Grâce aux mesures réalisées sur S2, les scientifiques peuvent également en savoir davantage sur l’environnement du trou noir de la Voie lactée. Il devient possible d’estimer la quantité de matière invisible, comme la répartition de l’hypothétique matière noire ou la présence de trous noirs moins massifs que Sagittarius A*.

Presque 3 décennies d’observations

L’obtention de ce résultat a nécessité 27 années d’observations de l’étoile S2, depuis le Très Grand Télescope (VLT) de l’ESO, installé dans le désert d’Atacama au Chili. Au total, plus de 330 mesures ont été réalisées à l’aide de divers instruments du télescope. Suivre la trajectoire de l’étoile pendant presque 3 décennies était essentiel pour comprendre son mouvement en détail, selon l’ESO.

La construction en cours du Télescope géant européen (ELT) par l’ESO, qui doit entrer en service en 2024, devrait permettre d’aller encore plus loin en observant des étoiles qui orbitent encore plus près de Sagittarius A* que ne le fait S2. Ces étoiles pourraient peut-être servir d’intermédiaires pour estimer la masse et la rotation du trou noir central de la Voie lactée.