Le résultat de l'analyse des données pendant 26 ans d'observations astronomiques a été la confirmation officielle de la prédiction par la théorie générale de la relativité de la particularité du mouvement d'une étoile dans le fort champ gravitationnel d'un trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Ceci est rapporté dans un article de la revue scientifique Astronomy & Astrophysics.
L'objet de recherche des scientifiques pendant toutes ces années a été l'étoile S2, située à côté du trou noir supermassif Sagittaire A *, situé au centre galactique de la Voie lactée. Le trou noir a une masse quatre millions de fois la masse du Soleil et est situé à 26 mille années-lumière de la Terre. L'étoile S2 elle-même, qui appartient au type spectral B, est l'une des étoiles les plus étudiées appartenant à l'amas S, un groupe d'étoiles à mouvement rapide découvert en 2002.
«Ce n'est que la deuxième approche entre S2 et un trou noir que nous avons pu tracer. En revanche, la précision des instruments s'est nettement améliorée au cours des dix dernières années, permettant de suivre cette réunion à ultra haute résolution. Nous nous préparons soigneusement à cet événement depuis plusieurs années, car il nous permet de tester en pratique la particularité des effets relativistes », a déclaré Reinhard Gentzel de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre à Garching (Allemagne).
Le trou noir est entouré de plusieurs dizaines d'étoiles et de plusieurs gros nuages de gaz, qui s'en approchent périodiquement à une distance dangereuse. Selon la théorie générale de la relativité d'Einstein, ces rencontres et les effets relativistes qui leur sont associés auront un effet spécial sur l'orbite de l'étoile, déplaçant son péricentre. Et les scientifiques ont pu le confirmer dans la pratique.
En 2003, l'étoile s'est approchée du trou noir à une distance dangereuse, ce qui a permis pour la première fois aux astrophysiciens de savoir si sa trajectoire avait changé sous l'influence de l'attraction du trou noir. Le prochain rapprochement de l'étoile avec le Sagittaire A * n'a eu lieu qu'en mai de cette année, pour lequel les scientifiques se préparent depuis très longtemps et avec soin. L'événement a été suivi par plusieurs des plus grands télescopes du monde.
Hubble, VLT et d'autres grands observatoires de la Terre ont commencé à effectuer des observations quasi constantes de S2 depuis avril de cette année à l'aide d'instruments SINFONI, GRAVITY et NACO fonctionnant dans les gammes infrarouge et proche infrarouge du spectre.
Les données recueillies en mai 2018 ont été critiques, lorsque l'étoile s'est approchée du trou noir à moins de 20 milliards de kilomètres. L'effet de l'interaction entre le trou noir et l'étoile était si fort que le trou noir a accéléré la vitesse de cette dernière à 25 millions de kilomètres à l'heure (près de 3% de la vitesse de la lumière).
Vidéo promotionelle:
Les scientifiques notent que l'interaction, en particulier, s'est manifestée par un changement brusque de la couleur de l'étoile sous l'influence du soi-disant redshift gravitationnel - «étirement» des ondes électromagnétiques lorsqu'elles frappent une zone avec un fort champ gravitationnel. Dans le cas de S2, l'étoile a visiblement «rougi» à l'approche du Sagittaire A *, après quoi, après un certain temps, elle a acquis sa couleur habituelle. La force de cet effet, comme le montrent les observations du VLT, était parfaitement cohérente avec ce que la théorie de la relativité et le phénomène associé de dilatation du temps gravitationnel prédit.
«Nos premières observations de S2 avec l'instrument GRAVITY ont commencé il y a environ deux ans. Même dans ce cas, nous avons identifié un effet de décalage vers le rouge clair associé à un trou noir, ce qui a une fois de plus confirmé la théorie générale de la relativité d'Einstein », explique l'astrophysicien Frank Eisenhower, qui travaille avec les spectrographes GRAVITY et SINFONI.
"Lors de notre approche la plus proche, nous avons même remarqué une faible lueur autour du trou noir dans la plupart des images, ce qui nous a permis de suivre de très près l'orbite de l'étoile et finalement d'assister au redshift gravitationnel de S2."
De même, les scientifiques ont confirmé que le mouvement de S2 s'écartait de son orbite newtonienne habituelle du montant calculé à l'aide des calculs d'Einstein. Les deux, selon Genzel et son équipe, prouvent une fois de plus qu'Einstein a raison de décrire le comportement du tissu de l'espace-temps et de l'univers entier.
Les chercheurs affirment disposer désormais d'un laboratoire naturel pour l'étude des trous noirs supermassifs et des effets relativistes.
Nikolay Khizhnyak
