La danse d’une étoile prédite par la Relativité générale

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La danse d’une étoile lève un coin de voile sur le trou noir de notre galaxie

L’orbite de l’astre connu le plus proche de Sgr A* prouve que la relativité générale s’applique au plus près de lui et permet d’en approcher les mystères.

Par Chloé Durand-Parenti

Publié le 24/04/2020 à 18:00 | Le Point.fr

 » alt= »Conformement aux previsions de la theorie de la relativite generale d’Einstein, l’orbite de l’etoile connue la plus proche du trou noir central de notre galaxie presente l’aspect d’une rosace. Son trace est la traduction concrete d’un effet relativiste appele precession de Schwarzschild.<br /><br />
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Conformément aux prévisions de la théorie de la relativité générale d’Einstein, l’orbite de l’étoile connue la plus proche du trou noir central de notre galaxie présente l’aspect d’une rosace. Son tracé est la traduction concrète d’un effet relativiste appelé précession de Schwarzschild.  © European Southern Observatory / ESO/L. Calçada

C’est un point de plus pour Albert Einstein, mais aussi un pas de plus dans la connaissance de l’astre colossal qui se love au centre de notre Voie lactée, j’ai nommé Sagittarius A* (Sgr A*), considéré comme un trou noir supermassif. Grâce à l’instrument Gravity installé sur le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili, des astrophysiciens viennent en effet de révéler que le mouvement décrit par l’étoile S2, qui est à ce jour l’astre connu orbitant au plus près de Sgr A*, est en parfaite adéquation avec la théorie de la relativité générale d’Einstein.

Une rosace aux pétales elliptiques

En effet, si la loi de la gravité de Newton prédit que l’orbite sur laquelle un objet gravite autour d’un autre plus massif décrit une ellipse fermée, selon la théorie d’Einstein, cette orbite est bien elliptique mais n’est pas fermée. Au contraire, elle précesse vers l’avant dans le plan du mouvement. C’est ce que les scientifiques appellent la précession de Schwarzschild. Et c’est exactement ce qui se passe avec l’étoile S2 en orbite autour de notre trou noir central présumé : au lieu de former une ellipse, son orbite dessine au fil du temps une parfaite rosace aux pétales elliptiques.

Pour mieux comprendre ce qui vient d’être décrit, regardez cette vidéo :

<script_externe id= »1″ type= »URL_Video Diagplws_ignoreanalysis »>Non seulement cet effet relativiste se vérifie, mais il est aussi très précisément conforme à ce que prédit la relativité générale. Et, bien que cette théorie ait déjà maintes fois fait ses preuves, c’est une première puisque la précession de Schwarzschild, observée pour la première fois dans l’orbite que la planète Mercure décrit autour du Soleil, n’avait encore jamais pu être mesurée pour une étoile orbitant à proximité d’un astre de près de 4 millions de masses solaires tel que Sagittarius A*. Cela montre que la théorie d’Einstein reste exacte y compris dans un régime de gravité des plus extrêmes.

De moins en moins de doutes

Mais ce n’est pas tout ! Car cette mesure, parce qu’elle est parfaitement conforme à la relativité générale, peut également permettre de mieux cerner Sagittarius A* lui-même. D’abord, elle conforte encore un peu plus l’idée qu’il s’agit bien d’un trou noir supermassif. Car, même si le doute est aujourd’hui minime, il est encore permis. « En effet, ces données permettent d’affiner une nouvelle fois des paramètres tels que sa masse ou sa distance », nous explique Guy Perrin, l’un des auteurs de l’étude, à l’origine de l’instrument Gravity. Et, comme dans l’Univers, la nature des choses découle entièrement de leur masse, la nature de Sgr A* se précise…

Lire aussi notre portrait de Guy Perrin Le chasseur de trou noir

Ensuite, elle permet aussi d’estimer la répartition de la matière dans et hors du trou noir. « En l’espèce, elle indique un seuil maximum pour la masse invisible présente autour de Sagittarius A* qui s’avère être faible en pourcentage (0,1 %), mais pas dans l’absolu, puisque cela représente tout de même environ 4 000 masses solaires », souligne Guy Perrin. Ce qui permet notamment au directeur scientifique de la division astronomie et astrophysique de l’Institut national des sciences de l’Univers (CNRS-INSU) d’affirmer qu’il n’y a pas de trou noir de masse supérieure à 1 000 masses solaires entre l’étoile S2 et Sgr A*.

Éclairer les scénarios de formation

« Si nous nous posons la question de cette masse invisible, c’est parce qu’elle peut apporter des réponses aux scénarios de formation de ces trous noirs supermassifs, précise-t-il. En effet, nous savons maintenant que ce processus de formation existe et qu’il est hiérarchique, par fusion de galaxies et de leurs trous noirs centraux, mais il n’est pas encore certain et surtout nous ne connaissons pas encore le détail de cette évolution en partant du big bang. »

Quant à Sagittarius A*, pour percer un peu plus ses mystères, l’équipe de l’instrument Gravity attend maintenant que l’étoile S2 s’approche du point de son orbite le plus distant du trou noir, dit apocentre, pour pouvoir calculer le taux de rotation de Sgr A*. Celui-ci étant intimement lié à l’orbite des corps gravitant à proximité de lui. « Or c’est le dernier paramètre qui nous manque pour avoir totalement caractérisé le trou noir central de notre galaxie ! »