Einstein a encore raison : la théorie de la relativité générale a résisté à un nouveau test comme cette étoile à l’approche de notre trou noir

Dans la série “Einstein à toujours raison”, cette fois, c’est au plus près du gargantuesque trou noir au centre de notre galaxie. La théorie de la relativité générale d’Einstein prédisait beaucoup de choses étonnantes, et à ce jour nous faisons encore des découvertes qui étayent ses théories. La dernière observation de ce genre vient de l’Institut Max Planck, où des astronomes ont observé comment le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée tire et étire la lumière d’une étoile alors qu’elle passe au plus près.

Image d’entête : simulation présentant les trajectoires des étoiles près du trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée. (ESO/ L. Calçada/spaceengine.org)

Pour faire leurs observations, les chercheurs ont utilisé des instruments infrarouges appelés Gravity, Sinfoni et Naco, qui font partie du Very Large Telescope de l’European Southern Observatory (ESO). Ceux-ci ont été braqués sur le centre même de notre galaxie, où le trou noir supermassif Sagittarius A* réside et interagit avec un groupe d’étoiles qui orbitent autour d’elle à grande vitesse.

Panorama montrant la Voie lactée au-dessus de la plate-forme du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO sur le Cerro Paranal, au Chili. (John Colosimo/ ESO)

Une étoile en particulier, appelée S2, a attiré l’attention de l’équipe. Cette étoile orbite autour du trou noir une fois tous les 15 ans et elle devait faire son plus proche passage le 19 mai de cette année. L’intense influence gravitationnelle à laquelle elle serait soumise en faisait une occasion parfaite pour tester plusieurs théories différentes de la gravité.

L’équipe a utilisé Gravity et Sinfoni pour mesurer la position et la vitesse de S2, et elle a combiné cela avec les données recueillies lors d’une observation précédente du passage proche de l’étoile. Ces résultats ont ensuite été comparés aux prédictions faites par la physique gravitationnelle newtonienne, la théorie de la relativité générale, et d’autres théories de la gravité, pour voir lesquelles se rapprochaient le plus des observations réelles.

Bien sûr, Einstein (et ceux qui l’ont précédé) a gagné. Les résultats étaient en « excellent accord » avec ce à quoi on pourrait s’attendre avec la relativité générale, et incompatibles avec un modèle newtonien plus simple. L’observation clé fut celle d’un effet appelé déplacement gravitationnel vers le rouge, où l’influence du trou noir sur la lumière d’une étoile est clairement visible.

Meme si cela peut vous surprendre (…), les trous noirs tirent leur nom de leur aspect noir encre, qui est célèbre pour le fait qu’après un certain point (l’Horizon des évènements), leur attraction gravitationnelle est si puissante que même la lumière ne peut s’en échapper. Bien que S2 soit suffisamment éloigné pour éviter d’être avalée, sa lumière est encore quelque peu ralentie par le trou noir. Cela « étire » les longueurs d’onde et fait apparaître la lumière plus rouge qu’elle ne l’aurait été autrement, un phénomène de décalage vers le rouge, qui a été prédit par la relativité générale d’Einstein il y a plus de 100 ans.

Cette illustration montre l’étoile S2 passant par le trou noir du centre galactique. Le changement de couleur visible (décalage gravitationnel vers le rouge), causé par le champ gravitationnel extrêmement fort, est clairement visible. (ESO/ M. Kornmesser)

Présentation des résultats et représentation de la trajectoire de l’étoile S2. (ESO/ L. Calçada/ spaceengine.org)

Une autre animation de l’orbite de l’étoile S2 autour du trou noir du centre galactique. (ESO/ L. Calçada/ spaceengine.org)

L’équipe prévoit maintenant de continuer à observer les interactions entre l’étoile et le trou noir supermassif.

La recherche a été publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics : Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole⋆ et présentée sur le site de l’ESO : Eyeing the Centre of the Milky Way et de l’Institut Max Planck : In the gravity field of the black hole.

En juillet, c’était la théorie de la gravité d’Einstein qui a été testée avec succès :