Une équipe européenne, utilisant le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) au Chili, vient de débusquer l’étoile la plus rapide et la plus proche jamais observée autour du trou noir supermassif qui trône au centre de notre galaxie. Baptisée S301, cet astre était jusqu’alors caché par les épais nuages de poussière du bulbe galactique.
Une étoile ordinaire aux records extraordinaires
S301 est, en apparence, une étoile banale. Les astrophysiciens estiment qu’elle serait seulement 10 à 50 % plus massive que notre Soleil, 5 à 6 fois plus lumineuse et à peine 50 % plus grande. Rien ne la distinguerait donc des innombrables étoiles de la séquence principale qui peuplent la Voie lactée.
Mais c’est son orbite qui la rend exceptionnelle. S301 gravite autour de Sagittarius A* (Sgr A*), le trou noir supermassif de 4,3 millions de masses solaires qui occupe le centre de notre galaxie. Sur une trajectoire très allongée, elle boucle une révolution complète en seulement 8,7 ans. C’est l’orbite la plus courte jamais mesurée autour du centre galactique.
Surtout, à son point le plus proche du trou noir — le périastre — S301 s’approche à une distance équivalente à seulement douze fois celle qui sépare la Terre du Soleil, soit environ 1,8 milliard de kilomètres. C’est une distance comparable à celle qui sépare Saturne de notre étoile. Pour un trou noir de cette masse, c’est « une proximité sans précédent ».
Une vitesse vertigineuse
Cette proximité extrême confère à S301 une vitesse phénoménale. Lorsqu’elle frôle Sagittarius A*, l’étoile atteint 25 000 kilomètres par seconde. Cela représente plus de 90 millions de kilomètres à l’heure, soit environ 100 000 fois la vitesse d’un avion de ligne, ou encore plus de 8 % de la vitesse de la lumière. À cette allure, S301 est officiellement l’étoile la plus rapide connue de la Voie lactée.
La découverte de S301 n’a été rendue possible que grâce aux progrès des instruments équipant le VLT. C’est l’interféromètre du VLTI (Very Large Telescope Interferometer), et plus particulièrement l’instrument GRAVITY, qui a permis de percer le mystère. En combinant la lumière des quatre télescopes de 8,2 mètres du VLT, GRAVITY offre une résolution angulaire équivalente à celle d’un télescope de près de 200 mètres de diamètre.
Un laboratoire d’exception pour la relativité générale
Mais l’importance de S301 dépasse largement le simple exploit technique ou le record de vitesse. Cette étoile offre aux scientifiques une opportunité unique de mettre à l’épreuve la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein dans un environnement extrême.
Selon la relativité générale, un trou noir en rotation — et les astronomes pensent que Sagittarius A* tourne sur lui-même, comme la plupart des objets de l’Univers — entraîne l’espace-temps dans son mouvement. Ce phénomène, connu sous le nom d’effet Lense-Thirring ou « entraînement de cadre » (frame-dragging), déforme littéralement le tissu de l’espace-temps autour de l’astre en rotation, modifiant les orbites des étoiles qui s’en approchent.
Cet effet est d’autant plus marqué que l’objet est massif et que sa rotation est rapide. Or, jusqu’à présent, aucune étoile connue ne s’approchait assez près de Sgr A* pour que cet effet soit mesurable. Même S2, l’étoile qui avait permis de valider plusieurs prédictions de la relativité générale autour du trou noir central, ne s’approche jamais assez près pour révéler la rotation du trou noir. S301, en revanche, s’aventure dix fois plus près que son illustre devancière.
Mesurer la rotation d’un trou noir pour la première fois
Grâce à cette étoile, il est possible d’espérer mesurer la rotation du trou noir.
Car un trou noir, aussi mystérieux soit-il, ne possède fondamentalement que trois propriétés : sa masse, sa charge électrique — généralement nulle — et son spin. Si la masse de Sgr A* est connue avec une précision croissante depuis des décennies, son spin, en revanche, reste à ce jour une inconnue. S301 pourrait bien être la clé qui permettra de lever ce voile.
Cette mesure ne serait pas qu’une simple curiosité académique. Elle permettrait de confronter la relativité générale d’Einstein à la gravitation newtonienne dans un régime où les écarts entre les deux théories deviennent spectaculaires.
