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En 2002, un groupe d’astronomes allemands annonçait avoir démontré qu’un trou noir supermassif existait au cœur de la Voie lactée après avoir suivi pendant dix ans les mouvements de certaines étoiles. Les chercheurs ont encore renforcé leur conclusion. Le dénommé Sagittarius A* est désormais le mieux connu des trous noirs galactiques et devrait bientôt devenir un extraordinaire laboratoire pour tester des effets fins de la relativité générale.
Les chercheurs du Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics de Garching près de Munich ont été patients. Pendant seize années, ils ont utilisé les puissants moyens d’observation dans le domaine infrarouge des télescopes de l’ESO au Chili, notamment depuis 2002 les instruments équipant le Very Large Telescope (VLT). A ces longueurs d’onde, les nuages de gaz et de poussières cachant le centre de la Voie lactée sont transparents et il devient possible d’observer un groupe de 28 étoiles dont l’une, baptisée S2, vient de boucler une orbite complète autour d’une zone centrale que n’occupe apparemment aucune autre étoile.
Les éléments orbitaux de ces étoiles, comme leurs périodes de révolution sur des orbites elliptiques et leurs demi-grands axes ont été mesurés précisément au cours de l’équivalent de 50 nuits d’observations. Il s’agit bien d’orbites képlériennes. Il est donc possible d’en déduire la masse de l’objet autour duquel elles gravitent.
Image du centre de la Voie lactée dans l'infrarouge proche (bande K) à la limite de diffraction (60 milli-arcsecondes) d'un champ de 18 x 15 secondes d'arc autour du centre de notre Galaxie (flèches), obtenue avec l'instrument d'optique adaptative NAOS/Conica sur le 4ème télescope UT4 (Yepun) du VLT le 3 mai 2002. Les positions radio de 7 étoiles à émissions maser SiO ont servi à aligner les images radio et infrarouges à 10 milli-arcsecondes près. Crédit : OBSPM
Un cas d'école pour la mécanique céleste
Cette masse est désormais connue avec précision et représente 4,31 millions de masses solaires. Les raffinements dans les mesures, en particulier à l’aide de radiotélescopes ont montré que cette masse est contenue dans un volume dont le diamètre est inférieur à la distance de Mercure au Soleil.
Seul un trou noir supermassif présant au centre de la Voie lactée peut expliquer ces observations. Aucun objet astrophysique proposé par les théoriciens ne peut en rendre compte, hormis cette prédiction des équations de la relativité générale d’Einstein, caractérisée par un horizon des événements qui agit comme une membrane que l’on ne peut traverser que dans un seul sens.
On sait que de nombreuses galaxies doivent posséder un trou noir central dont la masse peut même dépasser le milliard de masses solaires. De nos jours on peut même dire que ces objets, autrefois mythiques et dont l’existence et l’importance ont été défendues dès la fin des années 1960 par John Wheeler devant une communauté astrophysique sceptique, sont désormais omniprésents dans l’Univers.
Orbite de l'étoile S2 (ellipse en noir) autour du centre galactique, c'est-à-dire de Sagittarius A* (cercle en noir). La partie entourée de rouge est celle obtenue à partir des observations NAOS/Conica. Crédit : OBSPM
Comme l’explique Reinhard Genzel, à la tête de l’équipe ayant étudié les étoiles autour de Sagittarius A*, le centre de la Galaxie est un laboratoire unique pour comprendre la mécanique céleste et la formation des étoiles dans les noyaux de galaxies en présence d’un champ gravitationnel intense.
Son collègue Stefan Gillessen ajoute d’ailleurs que c’est le plus proche trou noir galactique et, en raison de sa taille, il est le meilleur laboratoire pour étudier la physique des trous noirs.
Comme sous-produit de ces études, les astronomes peuvent maintenant localiser le centre de la Voie lactée avec plus de précision. Il est situé à 8,33 ± 0,35 kpc (kiloparsecs), soit environ 27.000 années-lumière. En outre, on sait aussi que la masse totale mesurée dans la région occupée par Sagittarius A* est bien celle du trou noir, à 95%. Cette observation pose des bornes pour la présence de la matière noire, dont on pense qu’elle doit être plus abondante dans le noyau d’une galaxie que dans le disque, ou le halo pour une spirale.
Selon les chercheurs, le plus beau est encore à venir, grâce notamment à Gravity. Le VLT devrait alors bénéficier des techniques d’interférométrie pour étudier d’encore plus près le trou noir central. Un gain d’un facteur 10 à 100 dans la résolution devrait être atteint, ce qui permettra de se rapprocher considérablement de l’horizon du trou noir central et de réaliser d’autres tests fins des prédictions de la relativité générale. Pour célébrer ce travail remarquable, l’ESO lui consacre son deuxième vidéocast, l'ESOcast.
La voûte céleste telle que la verrait un observateur situé près d'un hypothétique trou noir devant le centre de notre galaxie. A cause de la déflexion de la lumière passant près du trou noir, les principales constellations sont très déformées. On peut tout de même reconnaître le Sagittaire et le Scorpion en haut à gauche et Alpha et Bêta du Centaure en bas à droite. Une image secondaire de toute la voûte céleste se trouve enroulée dans un cercle à proximité immédiate de la silhouette du trou noir. Crédit : Alain Riazuelo / IAP
- Futura
Les chercheurs du Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics de Garching près de Munich ont été patients. Pendant seize années, ils ont utilisé les puissants moyens d’observation dans le domaine infrarouge des télescopes de l’ESO au Chili, notamment depuis 2002 les instruments équipant le Very Large Telescope (VLT). A ces longueurs d’onde, les nuages de gaz et de poussières cachant le centre de la Voie lactée sont transparents et il devient possible d’observer un groupe de 28 étoiles dont l’une, baptisée S2, vient de boucler une orbite complète autour d’une zone centrale que n’occupe apparemment aucune autre étoile.
Les éléments orbitaux de ces étoiles, comme leurs périodes de révolution sur des orbites elliptiques et leurs demi-grands axes ont été mesurés précisément au cours de l’équivalent de 50 nuits d’observations. Il s’agit bien d’orbites képlériennes. Il est donc possible d’en déduire la masse de l’objet autour duquel elles gravitent.
Image du centre de la Voie lactée dans l'infrarouge proche (bande K) à la limite de diffraction (60 milli-arcsecondes) d'un champ de 18 x 15 secondes d'arc autour du centre de notre Galaxie (flèches), obtenue avec l'instrument d'optique adaptative NAOS/Conica sur le 4ème télescope UT4 (Yepun) du VLT le 3 mai 2002. Les positions radio de 7 étoiles à émissions maser SiO ont servi à aligner les images radio et infrarouges à 10 milli-arcsecondes près. Crédit : OBSPM
Un cas d'école pour la mécanique céleste
Cette masse est désormais connue avec précision et représente 4,31 millions de masses solaires. Les raffinements dans les mesures, en particulier à l’aide de radiotélescopes ont montré que cette masse est contenue dans un volume dont le diamètre est inférieur à la distance de Mercure au Soleil.
Seul un trou noir supermassif présant au centre de la Voie lactée peut expliquer ces observations. Aucun objet astrophysique proposé par les théoriciens ne peut en rendre compte, hormis cette prédiction des équations de la relativité générale d’Einstein, caractérisée par un horizon des événements qui agit comme une membrane que l’on ne peut traverser que dans un seul sens.
On sait que de nombreuses galaxies doivent posséder un trou noir central dont la masse peut même dépasser le milliard de masses solaires. De nos jours on peut même dire que ces objets, autrefois mythiques et dont l’existence et l’importance ont été défendues dès la fin des années 1960 par John Wheeler devant une communauté astrophysique sceptique, sont désormais omniprésents dans l’Univers.
Orbite de l'étoile S2 (ellipse en noir) autour du centre galactique, c'est-à-dire de Sagittarius A* (cercle en noir). La partie entourée de rouge est celle obtenue à partir des observations NAOS/Conica. Crédit : OBSPM
Comme l’explique Reinhard Genzel, à la tête de l’équipe ayant étudié les étoiles autour de Sagittarius A*, le centre de la Galaxie est un laboratoire unique pour comprendre la mécanique céleste et la formation des étoiles dans les noyaux de galaxies en présence d’un champ gravitationnel intense.
Son collègue Stefan Gillessen ajoute d’ailleurs que c’est le plus proche trou noir galactique et, en raison de sa taille, il est le meilleur laboratoire pour étudier la physique des trous noirs.
Comme sous-produit de ces études, les astronomes peuvent maintenant localiser le centre de la Voie lactée avec plus de précision. Il est situé à 8,33 ± 0,35 kpc (kiloparsecs), soit environ 27.000 années-lumière. En outre, on sait aussi que la masse totale mesurée dans la région occupée par Sagittarius A* est bien celle du trou noir, à 95%. Cette observation pose des bornes pour la présence de la matière noire, dont on pense qu’elle doit être plus abondante dans le noyau d’une galaxie que dans le disque, ou le halo pour une spirale.
Selon les chercheurs, le plus beau est encore à venir, grâce notamment à Gravity. Le VLT devrait alors bénéficier des techniques d’interférométrie pour étudier d’encore plus près le trou noir central. Un gain d’un facteur 10 à 100 dans la résolution devrait être atteint, ce qui permettra de se rapprocher considérablement de l’horizon du trou noir central et de réaliser d’autres tests fins des prédictions de la relativité générale. Pour célébrer ce travail remarquable, l’ESO lui consacre son deuxième vidéocast, l'ESOcast.
La voûte céleste telle que la verrait un observateur situé près d'un hypothétique trou noir devant le centre de notre galaxie. A cause de la déflexion de la lumière passant près du trou noir, les principales constellations sont très déformées. On peut tout de même reconnaître le Sagittaire et le Scorpion en haut à gauche et Alpha et Bêta du Centaure en bas à droite. Une image secondaire de toute la voûte céleste se trouve enroulée dans un cercle à proximité immédiate de la silhouette du trou noir. Crédit : Alain Riazuelo / IAP
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