Sagittarius A et son amas d’étoiles (au centre de l’image). © Observatoire de Paris / LESIA

Trous noirs : des chercheurs grenoblois ont contribué à vérifier des prédictions de la théorie d’Einstein

Trous noirs : des chercheurs grenoblois ont contribué à vérifier des prédictions de la théorie d’Einstein

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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.

 

L'instrument Gravity équipé de puces optiques grenobloises confirme une prédiction d'Einstein : le rougissement d’une étoile aux abords d'un trou noir.

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.

 

L'instrument Gravity équipé de puces optiques grenobloises confirme une prédiction d'Einstein : le rougissement d’une étoile aux abords d'un trou noir.Sagittarius A et son amas d’étoiles (au centre de l’image). © Observatoire de Paris / LESIA

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

 

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