Des astronomes ont identifié S301, l’étoile la plus rapide et la plus proche du trou noir supermassif Sagittarius A* au centre de la Voie lactée. Son orbite exceptionnelle, de seulement 8,7 ans et à 12 unités astronomiques de distance, offre une opportunité inédite de sonder les propriétés de l’espace-temps et de tester la relativité générale d’Einstein. Cette découverte promet des mesures précises de la rotation du trou noir.
Découverte d’une étoile S record
L’observation des étoiles en orbite rapide autour du centre galactique a, par le passé, prouvé la présence d’un trou noir supermassif (SMBH) nommé Sagittarius A* (Sgr A*). Ce mastodonte, d’environ 4 millions de masses solaires, accélère et façonne les trajectoires d’un groupe d’étoiles dites « S-stars ».
Une nouvelle étoile de cette catégorie, baptisée S301, vient d’être découverte, se distinguant par sa vitesse et sa proximité sans précédent avec Sgr A*. L’étude, intitulée « Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A* » et publiée dans la revue Nature (actuellement disponible sur arxiv.org), a été menée par une équipe internationale. K. Abd El Dayem, du Laboratoire d’Instrumentation et de Recherche en Astrophysique de l’Observatoire de Paris, est l’auteur principal de cette recherche.
L’orbite extrême de S301
L’étoile S301 réalise une orbite complète autour de Sagittarius A* en seulement 8,7 ans, une durée remarquablement courte. Elle s’approche du trou noir jusqu’à une distance minimale de 12 unités astronomiques (AU), soit environ 12 fois la distance Terre-Soleil. Cette trajectoire la rend non seulement l’étoile S la plus proche jamais détectée, mais également la plus rapide, atteignant des vitesses d’environ 25 000 kilomètres par seconde.
« Ce qui est spécial avec cette étoile, c’est qu’elle orbite Sagittarius A* sur une orbite très serrée, ne prenant que 8,7 ans pour la compléter, et s’approche du trou noir à seulement 12 fois la distance de la Terre au Soleil. C’est sans précédent », a déclaré Felix Mang, étudiant en doctorat au MPE et co-auteur de l’étude. Ces observations ont été rendues possibles grâce à l’instrument GRAVITY du Très Grand Télescope (VLT) de l’ESO, qui a capturé une série d’images des étoiles S en orbite autour de Sgr A*.
Un laboratoire cosmique pour la relativité générale
La proximité extrême de S301 avec Sagittarius A* en fait un candidat idéal pour tester un aspect fondamental de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Un objet aussi massif et en rotation que Sgr A* traîne l’espace-temps dans son mouvement, un phénomène connu sous le nom d’effet Lense-Thirring ou « glissement de cadre » (frame-dragging). La trajectoire de S301 est directement influencée par cette rotation du trou noir.
« Des décennies de suivi minutieux des étoiles en orbite autour du trou noir central de notre galaxie, Sagittarius A*, ont mené à cette découverte capitale d’une étoile très prometteuse », a déclaré Reinhard Genzel, prix Nobel et directeur du Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). « Parce qu’elle orbite si près de Sagittarius A*, S301 ouvre une nouvelle fenêtre sur les propriétés fondamentales de l’espace-temps dans cet environnement de trou noir extrême. »
Mesurer la rotation du trou noir supermassif
L’étude des subtiles déviations de l’orbite de S301 devrait permettre aux astronomes de mesurer directement la rotation du trou noir supermassif. Cette mesure est cruciale pour affiner notre compréhension de la formation et de l’évolution des trous noirs supermassifs, ainsi que de leurs interactions avec leur environnement galactique.
« Avec cette étoile, nous espérons mesurer, dans les 10 prochaines années, la rotation du trou noir », a ajouté Felix Mang. Cette précision pourrait révéler des informations inédites sur la physique en œuvre dans des conditions de gravité extrêmes, là où la relativité générale est mise à l’épreuve de la manière la plus rigoureuse possible.
Perspectives scientifiques
La découverte de S301 marque une étape significative dans l’astronomie des hautes énergies. Au-delà de la confirmation de la relativité générale, l’étude approfondie de cette étoile et d’autres objets similaires pourrait potentiellement révéler de nouvelles physiques ou des écarts inattendus par rapport aux théories actuelles dans des environnements gravitationnels intenses. Les futures observations par le VLT et d’autres instruments avancés continueront de surveiller S301, offrant une compréhension toujours plus fine de ces régions extrêmes de notre Univers et de l’interaction entre la matière et l’espace-temps.