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Une étoile dansant autour d’un trou noir valide la théorie de la relativité d’Einstein

Les observations du VLT européen ont pu définir avec précision la trajectoire d’une étoile proche du trou noir supermassif de la Voie lactée. La Relativité générale se vérifie encore une fois, même dans un régime de gravité extrême.

Le Very Large Telescope (VLT) européen prouve à nouveau qu’Einstein a raison. Ses observations vérifient une fois encore les prédictions de la théorie de la Relativité générale à partir du mouvement de l’étoile S2 en orbite autour du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. Comme attendu, elle ne décrit pas la trajectoire elliptique prévue par le modèle de Newton, mais dessine une rosace autour du trou noir. Un effet qu’on avait déjà constaté en observant la trajectoire de Mercure, mais qui se confirme un siècle plus tard avec une étoile en orbite autour de Sagitarius A*, la radiosource au centre de la Voie lactée. 

Image 1 : Une étoile dansant autour d'un trou noir valide la théorie de la relativité d'Einstein
Trajectoire de l’étoile S2 autour du trou noir supermassif au centre de la Voie lactée – Crédit : ESO/L. Calçada

À chaque révolution, l’emplacement de son point le plus proche par rapport au centre du trou noir se décale légèrement pour former ce que l’on nomme une orbite précaire. La relativité générale permet de prédire avec précision l’ampleur des variations de son orbite, et les dernières mesures correspondent parfaitement à la théorie. Une observation inédite qui « renforce la preuve que Sagitarius A* doit être un trou noir supermassif d’environ 4 millions de fois la masse du Soleil » selon Reinhard Genzel, directeur de l’Institut Max Planck et architecte du programme d’observation qui a débuté il y a près de trente ans.

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27 ans d’observations de plus en plus précises auront été nécessaires pour connaître la trajectoire exacte de S2. Située à environ 26 000 années-lumière de notre soleil, l’étoile effectue une orbite complète une fois tous les 16 ans. C’est pourtant l’étoile qui se rapproche le plus près du trou noir supermassif de notre galaxie en passant à « seulement » 20 milliards de kilomètres de son centre. 

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Guy Perrin et Karine Perraut, les scientifiques français responsables du projet, expliquent que ces observations permettent d’en apprendre davantage sur l’environnement immédiat du trou noir, notamment pour déceler la présence de singularités gravitationnelles plus petites ou évaluer précisément la quantité de matière noire. C’est d’ailleurs la précision du VLT qui a permis de vérifier un autre effet de la Relativité générale sur l’étoile S2. Le télescope a en effet observé que la lumière émise par l’étoile se décale vers le rouge lorsqu’elle s’approche du trou noir. Autrement dit, sa gigantesque force gravitationnelle étire les longueurs d’onde de la lumière de l’étoile.

Image 3 : Une étoile dansant autour d'un trou noir valide la théorie de la relativité d'Einstein

Télescope 114/900 Mizar

Source : phys.org