EN BREF – L’instrument astro­no­mique Gravity dont une pièce maî­tresse a été conçue par des cher­cheurs gre­no­blois a per­mis de confir­mer une pré­dic­tion de la rela­ti­vité géné­rale. Et ce grâce à l’ob­ser­va­tion, au centre de la Voie Lactée, du rou­gis­se­ment gra­vi­ta­tion­nel d’une étoile aux abords du trou noir super-mas­sif Sagittarius A*. Les résul­tats obte­nus par le consor­tium inter­na­tio­nal épo­nyme, dont des cher­cheurs de l’Université Grenoble-Alpes, ont été publiés le 27 juillet 2018 dans Astronomy & Astrophysics.

Le rou­gis­se­ment gra­vi­ta­tion­nel ou déca­lage de lon­gueur d’onde d’un astre vers le rouge ? Albert Einstein, le célèbre phy­si­cien alle­mand l’avait pré­dit dans sa théo­rie de la rela­ti­vité géné­rale. Cet effet qui, selon le génial cher­cheur, accom­pagne le mou­ve­ment d’une étoile pro­pul­sée à très grande vitesse a bien été observé pour la pre­mière fois, le 19 mai der­nier, par le consor­tium scien­ti­fique inter­na­tio­nal Gravity.

Ce der­nier, dirigé par l’Institut alle­mand Max Planck pour la phy­sique extra­ter­restre (MPE) et dont font par­tie des cher­cheurs de l’Université Grenoble-Alpes (UGA), a publié* ses résul­tats le 27 juillet 2018 dans Astronomy & Astrophysics. Un petit séisme dans la sphère astronomique.

Trou noir Sagittarius A* au cœur de notre galaxie, la Voie Lactée. DR

Il a fallu la pré­ci­sion extra­or­di­naire de l’instrument inter­fé­ro­mé­trique Gravity, dont cer­taines des pièces maî­tresses ont été fabri­quées à Grenoble, pour per­mettre aux astro­nomes de suivre au plus près la tra­jec­toire de l’étoile loin­taine S2 située à 26 000 années lumières de la Terre !

C’est en revanche dans la proche ban­lieue du trou noir super-mas­sif, Sagittarius A* (SgrA*), lui-même loca­lisé au centre de notre galaxie, la Voie Lactée, que se niche l’astre visé, au nom bien peu romantique.

La pré­dic­tion du rou­gis­se­ment des astres véloces sous l’œil per­çant de Gravity

La pré­ci­sion de Gravity ? Elle atteint 50 micro­se­condes d’angle grâce aux puces optiques adap­tées à l’inter­fé­ro­mé­trie astro­no­mique réa­li­sées par l’Institut de pla­né­to­lo­gie et d’astrophysique de Grenoble (Ipag). Le tout en col­la­bo­ra­tion avec le Commissariat à l’énergie ato­mique et aux éner­gies alter­na­tives et le Laboratoire d’électronique et de tech­no­lo­gie de l’information (CEA-Leti). Pour vous faire une idée, c’est l’angle sous lequel une balle de ten­nis posée sur la Lune serait vue depuis la Terre.

Puces optiques spé­cia­le­ment conçues et déve­lop­pées pour Gravity. © Ipag/CEA-leti/Le Verre fluoré

Pour autant, Gravity n’opère pas seul. C’est depuis le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire euro­péen aus­tral (ESO) situé dans le désert d’Atacama au nord du Chili que les cher­cheurs sont par­ve­nus à suivre le mou­ve­ment de cette étoile loin­taine. Comment ? En poin­tant en direc­tion de Sagittarius A* les quatre téles­copes de la pla­te­forme per­chés sur le mont Cerro Paranal.

Et avec le concours des ins­tru­ments Naco et Sinfoni et leurs mesures com­plé­men­taires obte­nues, cou­plées à la pré­ci­sion de Gravity, les cher­cheurs ont pu cal­cu­ler heure par heure la posi­tion exacte de l’étoile en déter­mi­nant ses caractéristiques.

Le Very Large Telescope (VLT) situé sur Cerro-Paranal à 2600 m d’al­ti­tude dans le désert d’Atacama au Chili. © ESO – F. Kamphues

Aux abords du trou noir SgrA*, les étoiles subissent les effets de la rela­ti­vité générale

L’observation de S2 le 19 mai der­nier a été judi­cieu­se­ment choi­sie. Et pour cause, l’é­toile gra­vi­tait alors au plus près de SgrA*, soit à seule­ment 120 fois la dis­tance Terre-Soleil de l’ogre de l’espace. Or, doté d’une masse équi­va­lente à quatre mil­lions de fois celle du Soleil, le trou noir SgrA* – qui génère le champ gra­vi­ta­tion­nel le plus intense de la Galaxie – a pro­pulsé S2 à la vitesse ver­ti­gi­neuse de 8 000 km/s, soit 2,7 % de la vitesse de la lumière.

« Ces condi­tions sont suf­fi­sam­ment extrêmes pour que l’étoile S2 subisse les effets de la rela­ti­vité géné­rale », pré­cisent les cher­cheurs, à l’affût de tels évé­ne­ments pour vali­der ou inva­li­der l’explication actuelle de l’Univers pro­po­sée par Einstein.

Sagittarius A* et son amas d’étoiles (au centre de l’image). © Observatoire de Paris – Lesia

Ces pre­miers résul­tats qui s’a­vèrent en par­fait accord avec la théo­rie de la rela­ti­vité géné­rale « sont une avan­cée majeure pour mieux com­prendre les effets des champs gra­vi­ta­tion­nels intenses », estiment les cher­cheurs. Ils repré­sentent « le point d’orgue de 26 années d’observations menées avec les téles­copes de l’Eso au Chili ».

Prochaine échéance atten­due dans quelques mois ? « La détec­tion des chan­ge­ments de la tra­jec­toire de l’astre sous l’effet de la gra­vité pour­rait appor­ter des infor­ma­tions sur la dis­tri­bu­tion de masse autour du trou noir », indiquent-ils.

Une chose est sûre, les astro­nomes poin­te­ront encore long­temps leurs ins­tru­ments vers Sagittarius A*, tant l’a­mas d’é­toiles S qui gra­vitent autour consti­tue un « labo­ra­toire idéal » pour tes­ter sous toutes ses cou­tures la théo­rie de la rela­ti­vité géné­rale d’Einstein.

Véronique Magnin

• * « Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole », Gravity Collaboration, Astronomy & Astrophysics, juillet 2018. Doi : 10.1051÷0004−6361÷201833718