Au détour d’un trou noir supermassif, Gravity confirme la théorie de la relativité générale d’Einstein

Il aura fallu 26 ans d’observations au Very Large Telescope et à ses équipements installés dans le désert d’Atacama au Chili pour observer ce phénomène. D’après une étude menée par le consortium Gravity dirigé par l’Institut allemand Max Planck et en collaboration avec le CNRS entre autres, une manifestation de rougissement gravitationnel dans un champ fort, c’est-à-dire avec des objets de masse extrême, a pour la première fois été démontré.

Le rougissement gravitationnel est l’une des théories qui composent la relativité générale développée par Einstein. Cette théorie explique le décalage des longueurs d’onde vers le rouge de tout objet ayant une masse par l’énergie émanant d’un champ gravitationnel. La modification des rayons lumineux est possible uniquement sur les objets ayant une masse puisqu’en physique, chaque corps ayant une masse émet un rayonnement. À ne pas confondre avec l’effet Doppler qui modifie la perception de la lumière en fonction de son éloignement, le rougissement gravitationnel reste invariable quelle que soit la distance entre le rayonnement et l’observateur.

UN TROU NOIR NOMMÉ SAGITTAIRE A*

Tout commence au milieu de notre galaxie par le trou noir Sagittaire A*. Responsable de l’aspect spiralé si caractéristique d’une galaxie, ce trou noir d’une masse équivalente à 4 millions de soleils est entouré d’un amas d’étoiles gravitant autour de lui. Ces étoiles appelées étoiles S peuvent atteindre des vitesses vertigineuses à ses abords. Une de ces étoiles a particulièrement intéressé les scientifiques. Celle qui se nomme S2 est en effet passée très près de Sagittaire A* le 19 mai 2018, une aubaine pour eux qui désiraient d’en savoir plus sur la relativité générale.

La relativité générale décrit l’influence de l’énergie sur le mouvement d’un astre. Dans ce cas, l’influence du trou noir super-massif sur le mouvement des étoiles, Sagittaire A* émanant le champ gravitationnel le plus intense de la Voie Lactée.

GRAVITY AU COEUR DE CETTE DÉCOUVERTE

Le Very Large Telescope (VLT), bien que puissant, n’aurait pas pu observer le phénomène de rougissement gravitationnel sans l’interféromètre Gravity. Cet instrument, installé en 2015 sur le télescope, a pour but d’améliorer la précision et la résolution du VLT mais également d’observer les trous noirs. À titre d’exemple, grâce à lui, les scientifiques pourraient observer une balle de tennis sur la Lune.

Lorsque l’étoile S2 est passée seulement à une distance correspondant à 120 fois la distance Terre-Soleil du trou noir super-massif, l’énergie intense du champ gravitationnel a accéléré sa vitesse, atteignant les 8000 km/s soit 2,7 % de la vitesse de la lumière. Ces conditions extrêmes sont idéales pour observer les effets de la relativité générale. Gravity a alors pu décomposer les mouvements de l’astre autour de Sagittaire A* heure par heure, une précision permettant aux chercheurs de mettre en évidence la théorie de rougissement gravitationnel.

Par ces observations dans un milieu particulièrement extrême, une fois de plus, une théorie d’Albert Einstein se confirme. Cette découverte permet aujourd’hui de mieux connaître et comprendre les effets des champs gravitationnels intenses. Les mois à venir devraient être déterminants pour étudier les changements de trajectoires de l’étoile sous l’effet de la gravité et par la même occasion la distribution de la masse autour du trou noir.