Un nouveau test d’une étoile orbitant à une vitesse folle autour du trou noir supermassif de notre galaxie a une fois de plus confirmé la théorie de la relativité générale décrite par Albert Einstein en 1915.
Alors qu’elle se précipitait autour du trou noir lors de son approche la plus proche, la lumière d’une étoile nommée S2 a été étirée par les intenses forces gravitationnelles en jeu – exactement comme le prévoit la relativité dans un effet appelé décalage vers le rouge gravitationnel.
Si cela vous semble familier, c’est parce que ce n’est pas la première fois que nous assistons à un tel exploit. L’année dernière, une équipe de chercheurs a publié ses conclusions sur l’étoile S2, également connue sous le nom de S0-2, qui fait partie d’un groupe d’étoiles S jeunes et massives en orbite autour du centre galactique, alors qu’elle tournait autour de Sagittarius A*, montrant ainsi des signes évidents de décalage gravitationnel.
Ce nouveau résultat est le fruit d’une série d’observations indépendantes, confirmant et approfondissant la première série de résultats à l’aide de données et d’instruments supplémentaires, afin d’exclure tout biais ou toute erreur pouvant provenir des outils eux-mêmes.
“Nous pouvons absolument exclure la loi de la gravité de Newton”, a déclaré l’astronome Andrea Ghez de l’Université de Californie à Los Angeles. “Nos observations sont cohérentes avec la théorie de la relativité générale d’Einstein”
C’est un résultat durement acquis après 24 ans d’observations. Chacune des orbites de S2 autour de Sgr A* dure 16 ans, et ce n’est que lors de l’approche rapprochée de l’année dernière – lorsque l’étoile s’est approchée à 17 heures-lumière du centre galactique – que nous disposions d’instruments suffisamment sensibles pour observer l’événement avec une résolution sans précédent.
Sgr A* a une masse équivalente à environ 4 millions de soleils. La gravité qu’elle génère est immense, créant l’environnement le plus extrême de la Voie lactée.
S2 a une orbite elliptique qui est accélérée à des vitesses vertigineuses par cette gravité lorsqu’elle s’approche de Sgr A*. Elle se déplace à 25 millions de kilomètres par heure (15,5 millions de miles par heure), soit près de 3 % de la vitesse de la lumière.
Lorsque S2 est aussi proche du trou noir, selon la relativité, l’effet gravitationnel devrait étirer la lumière de l’étoile vers de plus grandes longueurs d’onde, vers l’extrémité rouge du spectre électromagnétique.
S2 a atteint sa vitesse maximale en mars de l’année dernière, suivie de son approche la plus proche en mai, et de sa vitesse minimale en septembre. L’équipe a observé ces trois événements au moyen d’un spectrographe, étudiant les changements dans la lumière de l’étoile pendant qu’elle tournait autour du trou noir.
Ensuite, ils ont combiné ces observations spectrales avec les observations de 1995 à 2017 pour reconstruire l’orbite complète de l’étoile en trois dimensions.
“C’est ce qui nous donne le ticket d’entrée dans les tests de la relativité générale”, a déclaré Ghez.
“Nous avons demandé comment la gravité se comporte près d’un trou noir supermassif et si la théorie d’Einstein nous dit tout. Voir des étoiles parcourir leur orbite complète offre la première occasion de tester la physique fondamentale en utilisant les mouvements de ces étoiles.”
Non seulement les résultats corroborent, mais ils renforcent ceux annoncés l’année dernière, confirmant une fois de plus que la relativité générale est un ensemble de règles solides pour comprendre la dynamique de la gravité.
Comme nous l’avons déjà signalé l’année dernière, ce n’est pas le seul test que la relativité générale a passé ces derniers temps. Nous avons également assisté à la création d’un système stellaire à trois corps, à la courbure de l’espace par une galaxie entière et à la découverte d’ondes gravitationnelles, autant de phénomènes qui, chacun à leur manière, s’inscrivent dans le droit fil de la théorie centenaire d’Einstein. Elle tient donc toujours bon.
Mais le besoin d’un nouvel ensemble de lois physiques pourrait se faire sentir.
“La théorie [d’Einstein] est définitivement vulnérable”, a déclaré M. Ghez.
“Elle ne peut pas expliquer complètement la gravité à l’intérieur d’un trou noir, et à un moment donné, nous devrons aller au-delà de la théorie d’Einstein vers une théorie plus complète de la gravité qui explique ce qu’est un trou noir.”
Honnêtement, ça va être tellement cool.
Les recherches ont été publiées dans Science.