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La relativité générale mise au défi autour de notre trou noir galactique

Crédits : ESO/M. Parsa/L. Calçada

Une nouvelle analyse des données du Very Large Telescope suggère que les orbites des étoiles autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée peuvent montrer des changements subtils prédits par la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Au centre de notre galaxie, à environ 26 000 années-lumière, se trouve un trou noir supermassif connu sous le nom de Sagittarius A. Ce véritable ogre cosmique mesurant 44 millions de kilomètres de long est environ quatre millions de fois plus massif que notre Soleil et de par cette masse, il exerce une incroyable force d’attraction gravitationnelle. Les trous noirs étant invisibles, on estime leur existence en mesurant leurs effets sur les étoiles environnantes. À cet égard, observer Sagittarius A est un moyen efficace de tester la physique de la gravité. Se faisant, une équipe d’astronomes allemands et tchèques a récemment noté des effets subtils causés par la gravité du trou noir sur ces étoiles, confirmant au passage certaines des prédictions faites par la célèbre théorie de la relativité générale d’Einstein.

Lors de cette étude qui fait l’objet d’une publication dans l’Astrophysical Journal, les chercheurs se sont appuyés sur de nouvelles techniques d’analyse combinées aux observations existantes réalisées par le Very Large telescope de l’Observatoire européen (ESO) faites au cours des vingt dernières années. Ces données leur ont notamment permis de mesurer les orbites des certaines étoiles qui orbitent autour de ce trou noir situé au centre de la Voie lactée. Ils ont ainsi pu tester les prédictions faites par la physique classique newtonienne, la gravitation universelle, ainsi que les prédictions basées sur la relativité générale. Ils donnent notamment des détails sur l’une des étoiles (S2) qui a montré des écarts dans son orbite qui défiait la première, mais concordait avec la seconde.

Cette étoile environ quinze fois plus massive que notre Soleil suit une orbite elliptique autour de Sagittarius A en environ 15,6 ans. En orbite héliocentrique la plus proche, l’étoile se situe à moins de dix-sept heures-lumière du trou noir, soit l’équivalent de 120 fois la distance entre le Soleil et la Terre. Ces changements induits par les effets relativistes ne représentent qu’un faible pourcentage sous la forme de l’orbite, ainsi qu’environ un sixième de degré dans l’orientation de l’orbite, mais si ces résultats se confirment, ce sera alors la première fois qu’une mesure de la force des effets relativistes généraux est calculée autour d’un trou noir supermassif.

« Le centre galactique est vraiment le meilleur laboratoire pour étudier le mouvement des étoiles dans un environnement relativiste », note Marzieh Parsa, étudiante en doctorat à l’Université de Cologne et principale auteure de l’article. « J’ai été étonnée de voir comment nous pourrions appliquer les méthodes que nous avons développées avec des étoiles simulées aux étoiles proches du trou noir supermassif ». En plus d’informations plus précises sur l’orbite de l’étoile S2, la nouvelle analyse donne également la masse du trou noir et sa distance de la Terre à un degré de précision plus élevé. Le coauteur de l’étude, Vladimir Karas, de l’Académie des sciences de Prague (République tchèque), se réjouit de l’avenir : « Cela ouvre une voie pour plus de théorie et d’expériences dans ce secteur de la science ».

Cette analyse est un prélude à une période passionnante à venir pour les observations du centre Galactique par les astronomes du monde entier. En 2018, l’étoile S2 fera en effet un passage très proche du trou noir. Cette fois, l’instrument GRAVITY développé par un grand consortium international dirigé par l’institut Max Planck, en Allemagne, et installé sur l’interféromètre du Very Large Telescope, sera disponible pour mesurer l’orbite beaucoup plus précisément que ce qui est actuellement possible. Non seulement GRAVITY, qui effectue déjà des mesures de haute précision du centre Galactique, devrait révéler très clairement les effets relativistes généraux, mais l’instrument permettra également aux astronomes de rechercher des écarts par rapport à la relativité générale qui pourraient révéler une nouvelle physique.

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