Depuis les années 1970, les astronomes ont émis l'hypothèse qu'au centre de notre galaxie, à environ 26 000 années-lumière de la Terre, il existe un trou noir supermassif (SMBH) connu sous le nom de Sagittaire A *. Mesurant environ 44 millions de kilomètres (27,3 millions de milles) de diamètre et pesant environ 4 millions de masses solaires, ce trou noir aurait eu une profonde influence sur la formation et l'évolution de notre galaxie.
Et pourtant, les scientifiques n'ont jamais pu le voir directement et son existence n'a été déduite que de son effet sur les étoiles et les matériaux qui l'entourent. Cependant, de nouvelles observations menées par la collaboration GRAVITY ** ont réussi à fournir les observations les plus détaillées à ce jour sur la matière entourant le Sagittaire A *, qui est la preuve la plus solide à ce jour qu'un trou noir existe au centre de la Voie lactée.
L'étude qui décrit leurs résultats - «Détection de mouvements orbitaux près de la dernière orbite circulaire stable du trou noir massif SgrA *», qui a récemment paru dans la revue Astronomie et astrophysique - était dirigé par Reinhard Genzel de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre (MPE) et comprenait les divers scientifiques qui composent la collaboration GRAVITY.
La collaboration GRAVITY (qui est composée de scientifiques de plusieurs instituts de recherche et universités européens) doit son nom à son association avec l'instrument GRAVITY, qui fait partie du Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l'ESO. Cet instrument combine la lumière des quatre télescopes unitaires du VLT pour créer un télescope virtuel mesurant 130 m (426,5 pieds) de diamètre.
Depuis deux ans, cette équipe utilise cet instrument pour observer le centre galactique et Sgr A * pour observer ses effets sur l'environnement. Le but de ces observations a été de tester les prédictions faites par la théorie de la relativité générale d'Einstein et d'en savoir plus sur les SMBH en étudiant le candidat le plus proche disponible.
Un autre objectif était de rechercher les mouvements orbitaux des éruptions de rayonnement infrarouge (alias «points chauds») dans le disque d'accrétion Sag A * (la ceinture de gaz en orbite autour du trou noir). Les éruptions se produisent lorsque ce gaz, qui est accéléré à des vitesses relativistes, est tiré le plus près possible de l'horizon des événements du trou noir - ce qui est connu comme l'orbite circulaire la plus stable (ISCO) - sans être consommé.
À l'aide de l'instrument GRAVITY sur le VLTI, l'équipe a observé des fusées éclairantes provenant de la ceinture qui ont été accélérées à 30% de la vitesse de la lumière sur une orbite circulaire autour de Sag A *. Non seulement c'était la première fois que des matériaux étaient observés en orbite près d'un point de non-retour d'un trou noir, mais ce sont les observations les plus détaillées à ce jour de matériaux en orbite aussi près d'un trou noir.
Comme l'a dit Oliver Pfuhl, scientifique à l'Institut Max Planck de physique extraterrestre et co-auteur du document, dans un récent communiqué de presse de l'ESO:
“Il est ahurissant de voir des matériaux en orbite autour d'un énorme trou noir à 30% de la vitesse de la lumière. L’excellente sensibilité de GRAVITY nous a permis d’observer les processus d’accrétion en temps réel avec des détails sans précédent.“
Les observations qu'ils ont effectuées ont également confirmé la théorie selon laquelle Sag A * est en effet un trou noir supermassif - autrement connu comme le «paradigme du trou noir massif». Comme Genzel l'a expliqué, cette réalisation est quelque chose que les scientifiques attendent depuis des décennies. "Cela a toujours été l'un de nos projets de rêve, mais nous n'avons pas osé espérer que cela deviendrait possible si tôt", a-t-il déclaré.
Fait intéressant, ce n'est pas la première fois que la collaboration GRAVITY utilise le VLTI pour observer le centre de notre galaxie. Plus tôt cette année, l'équipe a utilisé GRAVITY et le Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) pour mesurer les mouvements d'une étoile pendant qu'elle effectuait un survol rapproché avec Sag A *.
Alors que l'étoile (S2) passait près du champ gravitationnel extrême du Sagittaire A *, l'équipe a mesuré la position et la vitesse de l'étoile et les a comparées aux mesures précédentes. Après les avoir comparés à différentes théories de la gravité, ils ont pu confirmer que le comportement de l'étoile était conforme aux prédictions faites par la théorie de la relativité générale d'Einstein.
Ce fut une réalisation majeure, car c'était la première fois que la relativité générale était confirmée dans un environnement aussi extrême. Comme Pfuhl l'a expliqué:
“Nous suivions de près S2, et bien sûr, nous gardons toujours un œil sur Sagittaire A *. Lors de nos observations, nous avons eu la chance de remarquer trois fusées éclairantes autour du trou noir - c'était une coïncidence chanceuse!“
Au final, ces observations révolutionnaires ont été rendues possibles grâce à une combinaison de collaboration internationale et d'instruments de pointe. À l'avenir, des instruments plus avancés - et des méthodes améliorées de partage des données - ne manqueront pas de percer encore plus de mystères de l'Univers et d'aider les scientifiques à comprendre comment il est né.
Et n'oubliez pas de consulter cette ESOcast qui parle de cette récente découverte, gracieuseté de l'ESO:
** La collaboration GRAVITY est composée de membres de l'Institut Max Planck de physique extraterrestre, de l'Observatoire LESIA Paris, du Centre National de Recherches Scientifiques (CNRS), de l'Institut Max Planck d'Astronomie, du Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA) , l'Observatoire européen austral (ESO) et plusieurs universités européennes.
