Découverte d'une étoile sensible à la rotation de Sgr A*

Résultat scientifique Univers

Au cœur de la Voie lactée, le trou noir supermassif Sgr A* offre un terrain d’étude idéal pour tester la relativité générale dans des conditions extrêmes. Depuis plus de vingt ans, des équipes internationales, dont 4 équipes du CNRS-INSU (voir encadré) cartographient son environnement proche avec une précision croissante. Leur dernière découverte, S301, une étoile dont l’orbite serrée (8,7 ans) la rapproche à seulement 12 unités astronomiques de Sgr A*, pulvérise les records : elle s’aventure dix fois plus près que l’étoile S2, jusqu’alors la mieux étudiée. Cette proximité exceptionnelle ouvre la porte à l’exploration d’effets relativistes encore inobservés.

Cette détection repose sur GRAVITY+, la version améliorée de l’instrument interférométrique GRAVITY du VLTI1, capable de combiner la lumière de quatre télescopes de 8 mètres. Avec une résolution angulaire 40 fois supérieure à celle d’un télescope seul et une sensibilité multipliée par 10 à 100, il permet désormais d’observer S301, deux milliards de fois moins lumineuse que Bételgeuse. Les laboratoires français (voir encadré) ont contribué de manière décisive, en développant les composants fibrés, les optiques adaptatives et des outils numériques comme Gyoto, au sein d’un consortium associant l’Allemagne, la France et le Portugal.

L’orbite de S301 révèle deux types de précession : celle de Schwarzschild, déjà documentée, et surtout celle de Lense-Thirring, signature directe de la rotation de Sgr A*. En mesurant cet effet, les chercheurs pourront, pour la première fois, déterminer le spin du trou noir, validant ainsi la métrique de Kerr et le théorème d’absence de chevelure2. Couplées aux futures données de MICADO3, ces observations permettront une reconstruction 3D du mouvement de S301, marquant une avancée historique dans la compréhension des trous noirs supermassifs

  • 1

    VLTI : Very Large Telescope Interferometer (Observatoire européen austral, Chili)

  • 2

    Théorème d’absence de chevelure : en relativité générale, un trou noir astrophysique est entièrement caractérisé par sa masse et son spin

  • 3

    MICADO : instrument futur de l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO

Images VLT de S301 sur son orbite autour de Sagittaire A*.
Images VLT de S301 sur son orbite autour de Sagittaire A*© ESO/Collaboration GRAVITY
précession de Schwarzschild
schéma représentant la précession de Schwarzschild, présente quel que soit le trou noir, et celle de Lense-Thirring, uniquement présente pour un trou noir en rotation© Karim Abd El Dayem (co-auteur de l’article)/LIRA.

Laboratoires CNRS impliqués

  • Laboratoire d’instrumentation et de recherche en astrophysique (LIRA)
    Tutelles : CNRS, Observatoire de Paris-PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité
     
  • Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG - OSUG)
    Tutelles : CNRS, Université Grenoble Alpes
     
  • Laboratoire Lagrange (Lagrange - OCA)
    Tutelles : CNRS, Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur
     
  • Centre de recherche astrophysique de Lyon (CRAL-OSUL)
    Tutelles : CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon

Contact

Thibaut Paumard
Chercheur CNRS au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA - OBS Paris))
Juan Osorno
Chercheur de l'Observatoire de Paris-PSL au LIRA
Frédéric Vincent
Chercheur du CNRS au LIRA
Guy Perrin
Chercheur Observatoire de Paris