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La “danse” d’une étoile autour d’un trou noir témoigne du génie d’Einstein

Crédits : ESO/L. Calçada

La danse bancale d’une étoile tourbillonnant à grande vitesse autour du trou noir supermassif de notre galaxie donne une fois de plus raison à Einstein.

Des observations effectuées au moyen du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO ont pour la première fois mis en lumière l’accord parfait entre le mouvement d’une étoile en orbite autour du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée et les prévisions de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Son orbite présente en effet l’aspect d’une rosette, et non d’une ellipse comme le prédit la théorie de la gravitation de Newton.

Cet effet, baptisé précession de Schwarzschild, n’avait encore jamais été mesuré pour une étoile en orbite autour d’un trou noir supermassif. « Le centre galactique fournit actuellement le meilleur “laboratoire” pour tester la relativité générale, écrivent les auteurs publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics. Et celle-ci continue de passer tous les tests expérimentaux avec brio ».

C’est quoi la précession de Schwarzschild ?

Le centre de la Voie lactée, à environ 26 000 années-lumière de la Terre, abrite un trou noir supermassif quatre millions de fois plus massif que le Soleil, entouré de millions d’étoiles filant à toute vitesse. S2, aussi appelée S0-2, est l’une des étoiles les plus proches de ce trou noir.

Les astronomes de l’Observatoire européen austral (ESO) observent S2 depuis 27 ans, prenant régulièrement des mesures précises de position et de vitesse alors qu’elle fonce autour du centre galactique. Après avoir observé l’étoile accomplir près de deux orbites complètes (chaque orbite complète dure environ 16 ans), les chercheurs ont conclu que l’étoile ne suivait pas une orbite elliptique fixe comme le prédit la théorie de la gravité d’Isaac Newton, mais qu’elle “dansait” plutôt autour du trou noir selon un motif qui ressemble à une rosette dessinée à l’aide d’un spirographe.

Ce type d’orbite, où le point d’approche le plus proche de l’étoile se déplace subtilement autour du trou noir à chaque orbite, est connu sous le nom de précession de Schwarzschild. C’est cette “précession bancale” (ou mouvement vers l’avant) qui a été prédite par Einstein il y a plus de 100 ans pour décrire les effets d’un objet infiniment petit en orbite autour d’un objet extraordinairement massif, que les chercheurs ont récemment observé.

« La relativité générale d’Einstein prédit que les orbites liées d’un objet autour d’un autre ne sont pas fermées, comme dans la gravité newtonienne, mais en avant dans le plan de mouvement, explique l’astrophysicien allemand Reinhard Genzel. Cet effet célèbre – vu pour la première fois sur l’orbite de la planète Mercure autour du Soleil – était la première preuve en faveur de la relativité générale. Cent ans plus tard, nous avons maintenant détecté le même effet dans le mouvement d’une étoile en orbite autour du trou noir au centre de la Voie lactée ».

Vers des mesures encore plus précises

Outre le fait de témoigner une fois de plus du génie d’Einstein, cette étude pourrait également amener les chercheurs à effectuer des calculs plus précis des types et des quantités de matière situés près du centre galactique.

« Parce que les mesures de S2 suivent si bien la relativité générale, nous pouvons fixer des limites strictes sur la quantité de matière invisible, telle que la matière noire distribuée, souligne en effet Guy Perrin, de l’Observatoire de Paris. Ceci est d’un grand intérêt pour comprendre la formation et l’évolution des trous noirs supermassifs ».

N’oublions pas non plus le télescope géant européen (ELT) de l’ESO, qui doit normalement entrer en service en 2024. L’instrument devrait en effet permettre d’aller encore plus loin en observant des étoiles évoluant encore plus près du trou noir que ne le fait S2.

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