Une étoile récemment repérée au centre de la Voie lactée file à une vitesse vertigineuse et pourrait donner des informations sur la rotation du trou noir de notre Galaxie.
Baptisée S301, cette étoile gravite autour de Sagittarius A*, le trou noir situé au centre de la Voie lactée. Elle boucle une orbite en seulement 8,7 ans. Sa trajectoire est très allongée : sa distance au trou noir change donc fortement au cours de son orbite.
Séquence d’images obtenues avec GRAVITY montrant l’étoile S301 en orbite autour de Sagittarius A*. La trajectoire elliptique de S301 est indiquée sur chaque vue.
Crédit : ESO/GRAVITY collaboration
C'est lors de son passage au plus près que S301 accélère jusqu'à environ 25 000 km/s, soit plus de 8 % de la vitesse de la lumière. Elle s'approche alors à environ 11,5 fois la distance qui sépare la Terre du Soleil. Malgré cette proximité, l'étoile reste suffisamment loin pour ne pas être détruite.
Pour comprendre l'intérêt de cette découverte, il faut se focaliser sur Sagittarius A*. Ce trou noir possède une masse d'environ 4,3 millions de fois celle du Soleil. Sa gravité est si forte que les astronomes peuvent tester certaines prédictions de la relativité générale en suivant précisément les étoiles qui l'entourent.
Une autre étoile, S2, sert déjà à ce type de mesure. Son orbite dure environ 16 ans et les observations ont permis de détecter plusieurs effets prédits par la théorie d'Einstein. S301 passe toutefois beaucoup plus près du trou noir. Son mouvement devrait donc être davantage affecté par sa rotation.
Concrètement, un trou noir en rotation modifie la façon dont l'espace et le temps se comportent autour de lui. Cette modification doit progressivement déplacer l'orbite de S301. Le changement reste petit, mais les instruments actuels peuvent mesurer avec une grande précision la position de l'étoile.
Illustration de l’effet Lense-Thirring : la rotation d’un trou noir entraîne l’espace-temps autour de lui et peut modifier l’orbite d’une étoile proche.
Crédit : ESO/M. Kornmesser
Les chercheurs ont découvert S301 grâce à GRAVITY, un instrument qui combine la lumière de plusieurs télescopes du Very Large Telescope, au Chili. L'étoile avait été détectée en 2023, puis l'équipe a retrouvé sa trace dans des observations remontant à 2017. Ces données ont permis de reconstituer son orbite.
Son parcours très allongé donne aussi un indice sur son passé. S301 pourrait avoir appartenu à un système de deux étoiles. En passant près de Sagittarius A*, ce duo aurait été séparé par la gravité du trou noir : une étoile aurait été capturée, l'autre expulsée.
Les astronomes estiment qu'une mesure directe de la rotation de Sagittarius A* pourrait devenir possible au cours de la prochaine décennie. S301 repassera au plus près du trou noir vers 2031. De nouvelles observations, notamment avec GRAVITY+ et de futurs instruments, devront suivre les minuscules changements de sa trajectoire.