L’exceptionnelle sensibilité de l’instrument GRAVITY de l’ESO a apporté un nouvel élément de confirmation de l’existence présupposée d’un trou noir supermassif au centre de la Voie Lactée. De nouvelles observations stipulent en effet la présence de gaz tourbillonnant à une vitesse inférieure à trois fois celle de la lumière le long d’une orbite circulaire située en périphérie de l’horizon des événements.
C’est la toute première fois que de la matière est observée à si grande proximité du point de non retour. En outre, il s’agit des observations les plus détaillées à ce jour de matière orbitant à si grande proximité d’un trou noir.
Des scientifiques membres d’un consortium d’institutions européennes, parmi lesquelles l’ESO [1], ont utilisé l’instrument GRAVITY qui équipe l’Interféromètre du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO pour observer les émissions de rayonnement infrarouge en provenance du disque d’accrétion qui entoure Sagittarius A*, l’objet massif situé au cœur de la Voie Lactée.
Les sursauts de luminosité observés offrent la confirmation tant attendue que l’objet situé au centre de notre galaxie est bel et bien un trou noir supermassif. Les sursauts sont émis par la matière qui orbite à très grande proximité de l’horizon des événements du trou noir. Il s’agit des observations les plus détaillées à ce jour de la matière se déplaçant à si grande proximité d’un trou noir.
La matière composant le disque d’accrétion – l’anneau de gaz qui orbite autour de Sagittarius A* à des vitesses relativistes [2] – peut se déplacer autour du trou noir en toute sécurité. En revanche, tout objet qui s’en rapproche trop est condamné à traverser l’horizon des événements.
Ainsi, l’ensemble des positions que la matière peut occuper sans se trouver irrésistiblement attirée par l’énorme masse centrale définit l’orbite stable la plus proche du trou noir. De cette orbite proviennent les éruptions observées.
L’origine des sursauts infrarouges n’est pas encore parfaitement claire. « Nous sommes a priori devant un point chaud dont la température pourrait atteindre plusieurs milliards de degrés, si ce n’est plus », a déclaré au journal Le Figaro Guy Perrin, astronome à l’Observatoire de Paris et co-investigateur de l’instrument GRAVITY. Des interactions magnétiques au sein du gaz très chaud orbitant à très grande proximité de Sagittarius A* pourraient être à l’origine de ce chauffage très brusque et très localisé.
Cette visualisation se base sur des données issues de simulations de mouvements orbitaux de gaz tourbillonnant à environ 30% de la vitesse de la lumière sur une orbite circulaire encerclant le trou noir.
Ces mesures ont été possibles grâce à une collaboration internationale et à une instrumentation de pointe [3]. L’instrument GRAVITY a joué un rôle fondamental : il a permis de combiner la lumière en provenance des quatre télescopes du VLT de l’ESO et donc de créer un super télescope virtuel de 130 mètres de diamètre.
L’été dernier, l’instrument avait déjà permis de suivre une étoile, nommée S2, avant et après son passage au plus près du trou noir le 19 mai 2018, confirmant ainsi les prédictions de la théorie d’Einstein.
[1] Ce travail de recherche a été mené par des scientifiques de l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (MPE), de l’Observatoire de Paris, de l’Université Grenoble Alpes, CNRS, de l’Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, de l’Université de Cologne, du Centre d’Astrophysique et de la Gravitation (CENTRA) Portugais, et de l’ESO.
[2] Aux vitesses relativistes, les effets de la Théorie de la Relativité d’Einstein deviennent significatifs. Dans le cas du disque d’accrétion qui entoure Sagittarius A*, le gaz se déplace à une vitesse voisine de 30% de la vitesse de la lumière.
[3] GRAVITY fut conçu par une collaboration composée de l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (Allemagne), du LESIA de l’Observatoire de Paris – PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot et de l’IPAG de l’Université Grenoble Alpes/CNRS (France), de l’Institut Max Planck dédié à l’Astronomie (Allemagne), de l’Université de Cologne (Allemagne), du Centre d’Astrophysique et de la Gravitation (Portugal) et de l’ESO.