Un trou noir au centre de notre Galaxie

- communiqué de presse

Lundi, 21 octobre 2002

Une équipe internationale comprenant des astronomes de l'Observatoire de Paris et de l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble, vient de mettre en évidence de façon quasi certaine l'existence au centre de notre Galaxie d'un trou noir. Utilisant le système d'optique adaptative NAOS et la caméra infrarouge CONICA équipant un des télescopes du Very Large Telescope de l'European Southern Observatory, ils ont déterminé le mouvement d'une étoile autour de l'objet central. Cette étoile tourne en 15,2 ans autour d'un trou noir de 2,7 millions de masses solaires, se rapprochant de celui-ci jusqu'à des distances de l'ordre de 124 unités astronomiques soit 3 fois la distance Soleil-Pluton.

Il existe au centre de notre Galaxie une radiosource intense SgrA*. Il pourrait s'agir d'un trou noir ayant une masse de 2,6 à 3,3 106 masses solaires car des observations dans le passé ont montré que les étoiles étaient animées d'un mouvement d'autant plus rapide qu'elles étaient proches de cet objet central.

Une équipe internationale(1) vient d'effectuer l'observation d'une étoile très proche de cet objet central avec le Very Large Telescope de l'European Southern Observatory au Chili. Ils ont utilisé le système d'optique adaptative NAOS équipé de la caméra infrarouge CONICA installé sur le télescope de 8,2 m de diamètre, Yepun. A partir d'observations réalisées entre 1992 et 2001 avec le télescope de 3,6 m de diamètre New Technology Telescope de l'ESO à La Silla au Chili et les données obtenues avec NAOS et CONICA au moment du passage de cette étoile S2 au plus près de SgrA*, ils ont pu reconstituer sa trajectoire.

Mouvement de l'étoile S2 autour du trou noir de notre Galaxie © CNRS. ESO. Celle-ci est une ellipse de 11 par 5,5 jours-lumière et l'étoile est à une distance au plus proche de SgrA* de 17 heures-lumière soit 124 unité astronomique (3 fois la distance Soleil-Pluton ; 1UA = 150 millions de km). L'étoile réalise un tour complet en 15,2 ans. L'analyse de cette trajectoire implique que l'objet central a une masse de 2,6 (±0,2) 106 masses solaires. Les données obtenues lors du passage de l'étoile S2 au plus près de l'objet central révèlent que celui-ci est concentré dans un très petit rayon pour une masse aussi importante, ce qui veut dire qu'il ne peut s'agir que d'un objet extrêmement dense. S'il s'agissait d'un amas d'étoiles de type étoiles à neutrons ou trous noirs stellaires, celui-ci devrait s'effondrer en moins de 100 000 ans, ce qui ne peut être envisagé en fonction des observations et des modèles théoriques. Par ailleurs, un système central constitué de particules étranges style axions, boule de gluons, ..., en fonction de la taille et de la masse de l'objet central, impliquerait une période orbitale de l'étoile d'au minimum 37 ans ce qui est incompatible avec les observations. Nous sommes donc, de façon quasi-certaine en présence d'un trou noir super massif.

Un tel résultat est dû au fait que le système NAOS est d'une part, le plus performant dans sa catégorie et d'autre part, qu'il est équipé d'un analyseur pour la correction de turbulence fonctionnant dans l'infrarouge, un système absolument unique au monde développé par l'équipe de l'Observatoire de Paris. Les étoiles au centre de notre Galaxie sont cachées par d'énormes quantités de poussière et l'on ne peut les observer effectivement que dans le domaine infrarouge, d'où l'importance du mode de fonctionnement de NAOS dans l'infrarouge. De plus, une étoile très proche de SgrA* a pu servir de référence infrarouge pour la correction en optique adaptative.

Cette observation marque une première étape très importante dans l'observation du centre de notre Galaxie et de son objet central. L'analyse des orbites des étoiles entourant SgrA* permet de définir des contraintes physiques et d'affiner ainsi les modèles théoriques concernant le trou noir au centre de notre Galaxie. Des mesures de l'émission directe de la source SgrA* en infrarouge sont en cours et permettront de mieux comprendre les mécanismes très énergétiques à l'œuvre autour de tels objets. De plus avec la mise en service du Very Large Telescope Interferometer de l'ESO, les astronomes pourront obtenir des images à très haute résolution, de l'ordre de quelques heures-lumière, et ainsi avoir des informations sur le comportement de la matière dans l'environnement très proche du trou noir de 10 à 100 fois le rayon d'effondrement du trou noir. La compréhension de la physique se déroulant dans l'environnement d'un trou noir est un élément important qui permettra aussi d'être appliqué aux autres galaxies, notamment aux galaxies à noyaux actifs, qui hébergent en leur centre un trou noir super massif.

Note(s): 
  1. Equipe internationale :
    • Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'instrumentation en Astrophysique (unité mixte de recherche du CNRS), Observatoire de Paris
    • Laboratoire d'Astrophysique (unité mixte de recherche du CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble
    • Max-Planck-Institut, Allemagne.
    • Université de Cologne, Allemagne.
    • Weizmann Institute of Science, Israël.
    • Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA.
    • ESO.

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