Des étoiles en orbites autour du trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée. En 2018, l'une de ces étoiles, S2, cheminera à très grande proximité du trou noir. Crédit: ESO/L. Calçada
CommuniquéRecherche
Premières observations réussies du centre galactique avec GRAVITY
le 23 juin 2016
Une équipe européenne d'astronomes, parmi lesquels des chercheurs de l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (IPAG-UGA/CNRS), a observé le centre de la Voie Lactée au moyen de l'instrument GRAVITY récemment installé sur le Très Grand Télescope de l'ESO.
Pour la toute première fois, les faisceaux de lumière issus des quatre Unités Télescopiques de 8,2 mètres de diamètre ont été combinés. Les résultats obtenus donnent un aperçu des formidables découvertes auxquelles GRAVITY contribuera lorsqu'il sondera les champs gravitationnels extrêmement intenses qui règnent à proximité du trou noir central supermassif, offrant la perspective de tester la validité de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

L'instrument GRAVITY fonctionne désormais de concert avec les quatre Unités Télescopiques de 8,2 mètres de diamètre du Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO. Les résultats des premiers tests augurent de formidables résultats scientifiques à venir.

GRAVITY fait partie intégrante de l'Interféromètre du VLT. En combinant les faisceaux de lumière issus des quatre télescopes, il peut atteindre une résolution spatiale et une précision métrique comparables à celles d'un télescope de 130 mètres de diamètre. Les gains correspondants – en termes de pouvoir de résolution et de précision sur la position d'un objet, sont d'un facteur 15 – comparés à une seule Unité Télescopique de 8,2 mètres de diamètre, ce qui permettra à GRAVITY d'effectuer des relevés astronomiques incroyablement précis.

L'un des objectifs premiers de GRAVITY consiste à effectuer le relevé précis et détaillé de l'environnement du trou noir de 4 millions de masses solaires situé au centre de la Voie Lactée*. La position ainsi que la masse du trou noir sont connues depuis 2002 – elles ont été déduites des mesures précises des mouvements des étoiles décrivant une orbite autour de cet objet massif. GRAVITY permettra aux astronomes de sonder, dans ses moindres détails, le champ gravitationnel qui entoure le trou noir, leur offrant ainsi la possibilité de tester la validité de la théorie de la relativité générale d'Einstein.

A cet égard, les premières observations effectuées au moyen de GRAVITY se sont révélées très excitantes. L'équipe de GRAVITY ** a pointé l'instrument en direction d'une étoile baptisée S2, dont la période de révolution autour du trou noir central de notre galaxie est de 16 ans seulement. Ces observations attestent de l'extrême sensibilité de GRAVITY, qui s'est avéré capable de repérer cette étoile de faible luminosité en quelques minutes à peine.

L'équipe sera prochainement capable d'obtenir des mesures de position ultra-précises de l'étoile en question – comparables à la mesure, d'une précision centimétrique, de la position d'un objet sur la Lune. L'équipe pourra en déduire la compatibilité – ou non – de son mouvement autour du trou noir avec les prédictions de la théorie de la relativité générale d'Einstein. Les nouvelles observations indiquent que le centre galactique constitue un laboratoire idéal, conforme à nos attentes.

Lorsque la lumière en provenance de l'étoile a pour la première fois interféré, l'équipe a vécu un moment fantastique, venant couronner huit années de dur labeur” précise Franck Eisenhauer, responsable scientifique de l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne. “Dans un premier temps, nous avons stabilisé l'interférence sur une étoile proche et brillante. Quelques minutes plus tard seulement, nous étions en mesure d'observer l'interférence générée par l'étoile de faible luminosité.” A première vue, ni l'étoile de référence ni l'étoile en orbite ne possèdent de compagnons massifs dont la présence aurait perturbé tant les observations que l'analyse. “Elles constituaient donc des cibles idéales”, ajoute Einsenhauer.

Cette preuve de succès n'est pas trop précoce. En 2018, l'étoile S2 sera à son point le plus proche du trou noir, distante de 17 heures lumière seulement, se déplaçant à quelque 30 millions de kilomètres par heure, ce qui représente 2,5% de la vitesse de la lumière. A cette distance, les effets de la relativité générale seront beaucoup plus prononcés et les observations de GRAVITY se révèleront cruciales***. Cette opportunité ne se représentera que 16 ans plus tard.

Notes


* Le centre de la Voie Lactée, notre galaxie hôte, se situe dans la constellation du Sagittaire (L'Archer), à quelque 25 000 années-lumière de la Terre.

** Le consortium GRAVITY se compose des Instituts Max Planck dédiés à la Physique Extraterrestre (MPE) et à l'Astronomie (MPIA), du Lesia (Observatoire de Paris/CNRS/université Diserot/UPMC), de l'IPAG (Université de Grenoble Alpes/CNRS), de l'Université de Cologne, du Centre Pluridisciplinaire d'Astrophysique de Lisbonne et de Porto (SIM) et de l'ESO.

*** Pour la toute première fois, l'équipe pourra mesurer deux effets relativistes qu'occasionne la rotation d'une étoile autour d'un trou noir massif : le redshift gravitationnel ainsi que la précession du péricentre. Le redshift résulte de la perte d'énergie que subit la lumière de l'étoile lorsqu'elle s'échappe de l'intense champ gravitationnel du trou noir massif. L'autre effet concerne l'orbite de l'étoile et se manifeste au travers d'une déviation de l'ellipse parfaite. Lorsque l'étoile chemine à proximité du trou noir, l'ellipse accuse une rotation d'un demi-degré environ autour du plan orbital. Un semblable effet se produit sur l'orbite que décrit Mercure autour du Soleil – son intensité est toutefois 6500 fois plus faible qu'à proximité du trou noir galactique. Mais l'éloignement le rend plus difficile à observer dans le centre galactique que dans le Système Solaire.


Ce communiqué a été initialement publié sur le site de l'ESO.
Publié le  23 juin 2016
Mis à jour le  23 juin 2016