Au centre de la Voie lactée se trouve un trou noir supermassif que les astronomes connaissent sous la désignation Sgr A*. Il a été découvert dans les années 1970, mais pendant longtemps, l'objet n'est resté qu'un point sur la carte du ciel : ni sa masse, ni sa taille ne pouvaient être mesurées directement. Tout ce que nous savons de Sgr A* a été obtenu indirectement — par le mouvement des étoiles qui orbitent autour de lui. D'après ces données, la masse du trou noir avoisine les 10^37 kilogrammes, ce qui en fait un véritable géant, même à l'échelle galactique. Une image directe n'a pu être obtenue qu'au cours des dernières années, et les scientifiques ont désormais la possibilité d'étudier cet objet beaucoup plus en détail qu'auparavant.
L'étoile S301 : un record parmi les orbites
Pour observer la région autour de Sgr A*, on utilise l'instrument GRAVITY, monté sur le Très Grand Télescope de l'Observatoire européen austral. L'appareil combine la lumière de quatre miroirs en un système unique, offrant une résolution comparable à celle d'un télescope hypothétique de 130 mètres de diamètre. C'est précisément GRAVITY qui a permis à une équipe d'astronomes de suivre le mouvement des étoiles au plus près de l'horizon des événements du trou noir depuis 2017. En 2023, les observations ont apporté un résultat inattendu : une étoile, nommée S301, a été découverte, et elle se comporte de manière totalement différente des autres.
L'orbite de S301 s'est révélée extrêmement allongée. La période de révolution n'est que de 8,7 ans — soit plus de trois ans de moins que pour toute autre étoile connue dans cette région. L'excentricité de l'orbite, c'est-à-dire son degré d'écart par rapport à un cercle, est de 0,9832. Pour comparaison, même Pluton, considérée comme la championne de l'allongement parmi les planètes du Système solaire, n'a qu'un indice de 0,25. En substance, l'orbite de S301 est si proche d'une parabole que l'étoile se trouve littéralement à la limite de s'échapper de l'emprise gravitationnelle du trou noir.
Au point de rapprochement maximal, que les astronomes appellent le périastre, S301 accélère jusqu'à environ 25 000 kilomètres par seconde — soit plus de huit pour cent de la vitesse de la lumière. La distance au trou noir se réduit alors à environ 11 unités astronomiques, à peine plus que la distance du Soleil à Saturne. Selon les chercheurs, S301 passe dix fois plus près de Sgr A* que tout autre objet connu. L'étoile est presque une fois et demie plus grande que le Soleil, et si elle était plus massive, la gravité du trou noir l'aurait très probablement déchirée. Le fait que S301 soit restée intacte indique que nous observons un cas rare où la nature semble avoir spécialement ajusté les paramètres pour permettre à l'étoile de survivre.
L'origine de S301 est probablement elle aussi inhabituelle. Les astronomes pensent que l'étoile faisait autrefois partie d'un système binaire qui s'est approché trop près de Sgr A*. Le puissant champ gravitationnel du trou noir aurait pu briser la paire, éjectant le compagnon de S301 au loin et plaçant l'étoile elle-même sur une nouvelle orbite, beaucoup plus serrée. Cette explication concorde avec la dynamique observée et permet de comprendre comment de telles trajectoires extrêmes se forment au centre de la galaxie.
Ce que l'orbite de S301 nous apprendra sur la rotation de Sgr A*
Une orbite aussi serrée est déjà une sensation scientifique en soi, mais la valeur principale de S301 réside dans le fait qu'elle permet de mesurer ce qui restait auparavant inaccessible : le spin du trou noir. Selon la relativité générale, un objet massif en rotation entraîne avec lui l'espace-temps lui-même. Pour un trou noir, cela se manifeste par le fait que l'orbite de tout corps passant suffisamment près tourne progressivement — c'est ce qu'on appelle la précession. L'ampleur de cet effet dépend directement de la vitesse de rotation du trou noir.
Le problème est que la précession diminue rapidement avec la distance : elle décroît proportionnellement au cube du rayon orbital. Pour la plupart des étoiles connues autour de Sgr A*, cela signifie qu'un déplacement notable du périastre ne s'accumulerait qu'après des milliers d'années d'observations continues. S301 est si proche que l'effet de précession devrait devenir mesurable en seulement dix ans. Selon les estimations des chercheurs, même les instruments existants sont capables de suivre l'orbite de cette étoile avec une précision suffisante pour évaluer le spin de Sgr A*.
Si les observations confirment les prédictions de la théorie, cela constituera une avancée majeure dans la compréhension non seulement de Sgr A*, mais aussi de la physique des trous noirs en général. De nouvelles améliorations de la résolution des télescopes ou l'accumulation d'une série de données plus longue permettront aux scientifiques d'aller encore plus loin — vérifier si le trou noir est un objet parfaitement sphérique, ou si son champ gravitationnel présente des particularités supplémentaires, au-delà de la masse et du spin. De tels tests ouvriront un nouveau niveau de précision dans l'étude des objets les plus extrêmes de l'Univers et, peut-être, nous rapprocheront de la réponse à la question de savoir comment l'espace-temps est structuré dans des conditions limites.
Pour l'instant, S301 reste un objet unique — la seule étoile connue capable de nous renseigner sur la rotation de Sgr A* sans artifices techniques supplémentaires. Il ne reste plus qu'à l'observer patiemment, et dans une dizaine d'années, nous obtiendrons peut-être l'un des portraits les plus précis du trou noir situé au centre de notre Galaxie.
