Au centre de notre galaxie se trouve une région où environ 10 millions d'étoiles sont regroupées dans seulement 1 parsec (3,25 années-lumière) d'espace. Au centre de cela se trouve le trou noir supermassif (SMBH) connu sous le nom de Sagittaire A *, qui a une masse de plus de 4 millions de soleils. Depuis des décennies, les astronomes tentent de mieux comprendre cette région dans l'espoir de comprendre les forces incroyables à l'œuvre et comment elles ont affecté l'évolution de notre galaxie.
Ce qu'ils ont trouvé comprend une série d'étoiles qui orbitent très près du Sagittaire A * (comme S1 et S2), qui ont été utilisées pour tester la théorie de la relativité générale d'Einstein. Et récemment, une équipe de la Galactic Center Orbits Initiative de l'UCLA a détecté une série d'objets compacts qui tournent également autour de la SMBH. Ces objets ressemblent à des nuages de gaz mais se comportent comme des étoiles, en fonction de la proximité de leurs orbites avec le Sagittaire A *.
L'étude qui décrit leurs conclusions, récemment publiée dans la revue La nature, était dirigée par le Dr Anna Ciurlo de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA). Comme ils l’indiquent dans leur étude, ces objets tournent en orbite autour de la SMBH de notre galaxie avec une période de 100 à 1 000 ans. Ces objets semblent compacts la plupart du temps mais s'étirent lorsqu'ils sont au point le plus proche de leur orbite par rapport au trou noir.
Leur travail s'appuie sur une quinzaine d'années d'observations qui ont identifié de plus en plus de ces objets près du centre de notre galaxie. Le premier objet (appelé plus tard G1) a été découvert en 2005 par une équipe dirigée par Andrea Ghez, le professeur Lauren B.Leichtman et Arthur E. Levine d'astrophysique, directeur du UCLA Galactic Center Group et co-auteur de cette étude.
Cela a été suivi en 2012 lorsque le professeur Ghez et ses collègues ont trouvé un deuxième objet (G2) qui a fait une approche rapprochée du Sagittaire A * en 2014. Initialement, G1 et G2 étaient considérés comme des nuages de gaz jusqu'à ce qu'ils aient fait leur approche la plus proche de la Sagittaire A * et n'ont pas été déchiquetés par l'attraction gravitationnelle des SMBH (ce qui arrive normalement aux nuages de gaz à l'approche d'un trou noir). Comme l'explique Ghez:
«Au moment de l'approche la plus proche, G2 avait une signature vraiment étrange. Nous l'avions déjà vu, mais il n'avait pas l'air trop particulier jusqu'à ce qu'il se rapproche du trou noir et soit devenu allongé, et qu'une grande partie de son gaz a été déchirée. Il est passé d'un objet assez inoffensif alors qu'il était loin du trou noir à un qui était vraiment allongé et déformé à son approche la plus proche et a perdu sa coque extérieure, et maintenant il redevient plus compact. "
En 2018, le Dr Cuirlo et une équipe internationale d'astronomes (qui comprenait le professeur Ghez) ont utilisé douze ans de données recueillies par le W.M. L'observatoire de Keck et la technologie d'optique adaptative (que le professeur Ghez a aidée à pionnier) ont identifié trois autres de ces objets (G3, G4 et G5) près du centre de la galaxie. Depuis lors, six objets au total ont été identifiés dans cette région (G1 - G6).
Dans cette étude la plus récente, l'équipe dirigée par le Dr Cuirlo a utilisé 13 ans de données dans le proche infrarouge obtenues par le W.M. Spectromètre de champ intégré OSIRIS de Keck pour examiner les orbites de ces six objets. Les astronomes sont passionnants d'étudier ces objets car ils offrent aux astronomes l'occasion de tester la relativité générale - quelque chose que le professeur Ghez et ses collègues ont fait à l'été 2019.
Et comme l'a expliqué Mark Morris - professeur de physique et d'astronomie à l'UCLA et co-auteur de l'étude -, le sort de ces objets est quelque chose que les astronomes veulent savoir car il devrait être assez spectaculaire.
«L'une des choses qui a enthousiasmé tout le monde au sujet des objets G est que les choses qui leur sont arrachées par les forces de marée alors qu'elles balayent par le trou noir central doivent inévitablement tomber dans le trou noir», a-t-il dit. "Lorsque cela se produit, il pourrait être en mesure de produire un impressionnant spectacle de feux d'artifice, car le matériau mangé par le trou noir se réchauffera et émettra un rayonnement abondant avant de disparaître à travers l'horizon des événements."
Au cours de son observation de la région centrale de la Voie lactée, le groupe de recherche a signalé l’existence de six objets à ce jour. Cependant, ils ont également remarqué que si G1 et G2 ont des orbites très similaires, les quatre autres objets diffèrent considérablement. Cela soulève naturellement la question de savoir si tous les six sont une classe d'objets similaire, ou G1 et G2 sont des valeurs aberrantes.
À ce propos, Ghez et ses collègues pensent que les six objets étaient des étoiles binaires qui ont fusionné en raison de la forte force gravitationnelle des SMBH. Ce processus aurait pris plus d'un million d'années pour se terminer et pourrait être une indication que les fusions d'étoiles binaires sont en fait assez courantes. Comme l'explique Ghez:
«Les trous noirs peuvent conduire les étoiles binaires à fusionner. Il est possible que bon nombre des étoiles que nous regardons et ne comprenons pas soient le résultat final de fusions qui sont calmes maintenant. Nous apprenons comment les galaxies et les trous noirs évoluent. La façon dont les étoiles binaires interagissent entre elles et avec le trou noir est très différente de la façon dont les étoiles simples interagissent avec les autres étoiles simples et avec le trou noir. »
Une autre observation intéressante, dont l'équipe de Ghez a rendu compte en septembre 2019, est le fait que le Sagittaire A * est devenu plus lumineux au cours des 24 dernières années - une indication qu'il consomme plus de matière. De même, l'étirement du G2 observé en 2014 a semblé en éloigner les gaz qui auraient pu être récemment consommés par le trou noir.
Cela pourrait indiquer que les fusions stellaires qui se produisent à proximité alimentent le Sagittaire A *. Les observations les plus récentes ont également montré que, bien que le gaz de la coque extérieure du G2 ait été étiré de manière spectaculaire, la poussière contenue à l'intérieur ne s'est pas beaucoup étirée. Cela signifie que quelque chose a gardé la poussière compacte, ce qui est une preuve convaincante que l'étoile pourrait être à l'intérieur de G2.
Comme l'a dit Ciurlo, cette découverte a été rendue possible grâce à des dizaines d'années d'observations de l'UCLA Galactic Center Group.
“L’ensemble de données unique que le groupe du professeur Ghez a rassemblé pendant plus de 20 ans est ce qui nous a permis de faire cette découverte. Nous avons maintenant une population d'objets «G», il ne s'agit donc pas d'expliquer un «événement ponctuel» comme G2. »
Parallèlement, l'équipe a déjà identifié quelques autres candidats susceptibles d'appartenir à cette nouvelle classe d'objets et continue de les analyser. En fin de compte, cette recherche aidera les astronomes à comprendre ce qui se passe dans la majorité des galaxies et comment les interactions entre les étoiles et les SMBH dans leurs noyaux contribuent à conduire leur évolution.
"La Terre est en banlieue par rapport au centre de la galaxie, qui est à environ 26 000 années-lumière", a expliqué Ghez. «Le centre de notre galaxie a une densité d'étoiles 1 milliard de fois plus élevée que notre partie de la galaxie. L'attraction gravitationnelle est tellement plus forte. Les champs magnétiques sont plus extrêmes. Le centre de la galaxie est l'endroit où se produit l'astrophysique extrême - les sports X de l'astrophysique. »
