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SgrA* S2 étoile trou noir quasar centre galactique Voie Lactée source radio compacte

Une étoile en orbite autour d'un trou noir ?

Gabrielle Bonnet

Gabrielle Bonnet

23/10/2002

Résumé

L'observation du mouvement d'une étoile très proche du centre galactique semble prouver qu'il existe bien un trou noir au centre de la Voie Lactée.


L'observation du mouvement d'une étoile très proche du centre galactique semble prouver qu'il existe bien un trou noir au centre de la Voie Lactée.

Le travail d'une équipe internationale (Europe, Etats-Unis, Israël) a permis d'obtenir des images de l'étoile S2 en orbite autour de la source radio compacte SgrA* du centre galactique. On suspectait SgrA* d'être un trou noir : la preuve semble désormais acquise. C'est l'étoile S2 (15 fois la masse du Soleil, 7 fois son rayon) qui la fournit. Etoile ordinaire par ailleurs, S2 est très intéressante car elle orbite très près de l'objet SgrA*, à 17 heures lumière de ce-dernier à son point le plus proche (mais 10 jours lumière à son point le plus éloigné : l'excentricité de sa trajectoire est de 0,87). L'étude de sa trajectoire nous renseigne sur le champ gravitationnel de SgrA*, et, par suite, sur sa nature.

Suite à cette étude, les astrophysiciens peuvent éliminer toutes les hypothèses sur la nature de SgrA* à l'exception de celle selon laquelle il serait un trou noir, ou, peut-être, une étoile de bosons -mais une telle étoile hypothétique serait de toute façon vouée à s'effondrer très rapidement pour former un trou noir-.

Comment en est-on venu à s'intéresser à cette étoile ?

Depuis 1963, les quasars (sources intenses de radiations situées au centre de certaines galaxies) intriguent les astrophysiciens, qui ont essayé de leur trouver une explication. Ceci a amené les scientifiques à envisager l'hypothèse d'un trou noir très massif au centre des galaxies. Ce serait la matière accélérée tombant dans le trou noir qui émettrait ces radiations.

On supposait qu'il pourrait aussi y avoir un trou noir au centre de notre galaxie. Le "candidat" trou noir pour la Voie Lactée était SgrA* (sagittarius A, ainsi nommé car le centre galactique est situé dans la constellation du sagittaire). Il est cependant impossible de "voir" à l'intérieur d'un trou noir. En dessous du rayon appelé "rayon de Schwarzchild", absolument tout, lumière y compris, est irrémédiablement attiré par le trou noir et ne peut plus s'en échapper. Pour SgrA*, le rayon de Schwarzchild est d'environ 26 secondes lumière (une vingtaine de fois la distance Terre-Lune seulement), alors que l'étoile S2 est, au mieux, à 17 heures lumière de cet objet (plus de 3 fois la distance Soleil-Pluton et plus de 2000 fois le rayon de Schwarzchild). L'étoile S2 n'est donc pas dans le trou noir, mais en orbite autour de lui... à une distance trop importante même pour que les effets de marée arrivent à la perturber (elle devrait être 70 fois plus proche pour que ceci se produise). Cette distance est cependant suffisamment proche pour les objectifs des astrophysiciens : en tirer des renseignements sur le trou noir central de notre galaxie.

Quels instruments ont permis d'obtenir l'image de l'orbite de S2 ?

Cette étude a pu être menée grâce au télescope VLT (Very Large Telescope) YEPUN de l'European Southern Observatory (ESO), qui se trouve dans le Cerro Paranal au nord du Chili, un emplacement remarquablement propice aux observations astronomiques.

Ce télescope a été couplé à NACO, composé de NAOS (Nasmyth Adaptative Optics Systems) et CONICA (Coudé Near Infrared Camera). NAOS est un système de miroir controllé par ordinateur qui compense en temps réel la distorsion d'image induite par les turbulences atmosphériques. CONICA permet d'obtenir des images haute résolution dans le proche infrarouge. Ces deux instruments couplés, installés fin 2001 sur le télescope VLT YEPUN, ont permis l'obtention d'images de grandes qualités, et ainsi, la découverte du comportement de S2.

C'est ainsi, qu'au bout de dix ans d'effort et de collecte de données, un pas décisif a pu être franchi grâce à l'apport de données supplémentaires de grande précision.