Au centre de notre galaxie, environ 26 ans, 000 années-lumière de la Terre, se trouve le trou noir supermassif (SMBH) connu sous le nom de Sagittaire A*. Mesurant 44 millions de km de diamètre, cet objet est environ 4 millions de fois plus massif que notre Soleil et exerce une énorme attraction gravitationnelle. Puisque les astronomes ne peuvent pas détecter directement les trous noirs, son existence a été déterminée en grande partie par l'effet qu'elle a sur le petit groupe d'étoiles qui l'orbitent.

A cet égard, les scientifiques ont découvert que l'observation du Sagittaire A* est un moyen efficace de tester la physique de la gravité. Par exemple, au cours de l'observation de ces étoiles, une équipe d'astronomes allemands et tchèques a noté des effets subtils causés par la gravité du trou noir. En faisant ainsi, ils ont pu encore une fois confirmer certaines des prédictions faites par la célèbre théorie de la relativité générale d'Einstein.

Leur étude, intitulé "Enquête sur le mouvement relativiste des étoiles près du trou noir supermassif dans le centre galactique", a été récemment publié dans le Journal d'astrophysique . Comme il est indiqué au cours de celui-ci, l'équipe a appliqué de nouvelles techniques d'analyse aux observations existantes qui ont été faites par le très grand télescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (ESO) et d'autres télescopes au cours des 20 dernières années.

De là, ils ont mesuré les orbites des étoiles qui gravitent autour du Sagittaire A* pour tester les prédictions faites par la physique newtonienne classique (c'est-à-dire la gravitation universelle), ainsi que des prédictions basées sur la relativité générale. Ce qu'ils ont découvert, c'est que l'une des étoiles (S2) présentait des déviations dans son orbite qui défiaient la première, mais étaient cohérents avec ce dernier.

Cette étoile, qui a 15 fois la masse de notre Soleil, suit une orbite elliptique autour du SMBH, terminer une seule orbite en environ 15,6 ans. Au plus près, il arrive à moins de 17 heures-lumière du trou noir, ce qui équivaut à 120 fois la distance entre le Soleil et la Terre (120 UA). Essentiellement, l'équipe de recherche a noté que S2 avait l'orbite la plus elliptique de toutes les étoiles en orbite autour du trou noir supermassif.

Ils ont également noté un léger changement dans son orbite - quelques pour cent dans la forme et environ un sixième de degré dans l'orientation. Cela ne pouvait s'expliquer que par les effets relativistes causés par la gravité intense du Sagittaire A*, qui provoquent une précession sur son orbite. Ce que cela signifie, c'est la boucle elliptique de l'orbite de S2 tourne autour du SMBH au cours du temps, avec son point de périhélie dirigé dans différentes directions.

Assez intéressant, ceci est similaire à l'effet qui a été observé sur l'orbite de Mercure - aka. la "précession périhélie de Mercure" - à la fin du 19ème siècle. Cette observation a remis en cause la mécanique newtonienne classique et a conduit les scientifiques à conclure que la théorie de la gravité de Newton était incomplète. C'est aussi ce qui a poussé Einstein à développer sa théorie de la relativité générale, qui offrait une explication satisfaisante du problème.

Si les résultats de leur étude devaient être confirmés, ce sera la première fois que les effets de la relativité générale seront calculés avec précision en utilisant les étoiles qui orbitent autour d'un trou noir supermassif. Marzieh Parsa – doctorante à l'Université de Cologne, L'Allemagne et auteur principal de l'article – était naturellement enthousiasmée par ces résultats. Comme elle l'a déclaré dans un communiqué de presse de l'ESO :

"Le centre galactique est vraiment le meilleur laboratoire pour étudier le mouvement des étoiles dans un environnement relativiste. J'ai été étonné de voir à quel point nous pouvions appliquer les méthodes que nous avons développées avec des étoiles simulées aux données de haute précision pour les étoiles les plus à grande vitesse proches le trou noir supermassif."

Cette étude a été rendue possible grâce à la haute précision des instruments du VLT; en particulier, l'optique adaptative de la caméra NACO et du spectromètre proche infrarouge SINFONI. Ces instruments étaient essentiels pour suivre l'approche rapprochée de l'étoile et se retirer du trou noir, ce qui a permis à l'équipe de déterminer avec précision la forme de son orbite et ainsi de déterminer les effets relativistes sur l'étoile.

En plus des informations plus précises sur l'orbite de S2, l'analyse de l'équipe a également fourni de nouvelles estimations plus précises de la masse du Sagittaire A*, ainsi que sa distance de la Terre. Cela pourrait ouvrir de nouvelles voies de recherche pour ce trou noir et d'autres supermassifs, ainsi que des expériences supplémentaires qui pourraient aider les scientifiques à en apprendre davantage sur la physique de la gravité.

Les résultats ont également donné un aperçu des mesures et des tests qui auront lieu l'année prochaine. En 2018, l'étoile S2 se rapprochera de très près du Sagittaire A*. Des scientifiques du monde entier profiteront de cette opportunité pour tester l'instrument GRAVITY, un instrument de deuxième génération qui a été récemment installé sur le Very Large Telescope Interferometer (VLTI).

Développé par un consortium international dirigé par le Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, cet instrument effectue des observations du Centre Galactique depuis 2016. En 2018, il servira à mesurer l'orbite de S2 avec encore plus de précision, ce qui devrait être le plus révélateur. En ce moment, les astrophysiciens chercheront à faire des mesures complémentaires des effets relativistes généraux du SMBH.

Au-delà de ça, ils espèrent également détecter des déviations supplémentaires dans l'orbite de l'étoile qui pourraient laisser présager l'existence d'une nouvelle physique ! Avec les bons outils formés au bon endroit, et au bon moment, les scientifiques pourraient bien découvrir que même les théories de la gravité d'Einstein n'étaient pas entièrement complètes. Mais en attendant, il semble que le regretté et grand physicien théoricien ait de nouveau raison.