La relativité générale vérifiée au centre de notre galaxie — Gravity

Trou noir supermassif : les effets de la théorie de la relativité générale observés

" Nous avons vérifié une prédiction importante de la théorie de la relativité générale dans l'environnement d'un trou noir, qui est celle du rougissement gravitationnel ", a déclaré à l'AFP Guy Perrin, l'un des " pères " de l'instrument Gravity qui a permis ce résultat, publié jeudi dans Astronomy & Astrophysics.

Pour la première fois de l'histoire, l'instrument Gravity, monté sur le très grand télescope de l'ESO, a pu confirmer une des prédictions de la relativité générale imaginée par Einstein. L'intensité attendue du phénomène aux abords d'un trou noir de quatre millions de masse solaire étant 6 500 fois plus forte! Il se trouve à 26 000 années-lumières de la Terre.

En plus de valider Einstein, ces travaux sont la preuve de l'avènement d'instruments permettant l'observation la plus nette jamais réalisée d'un objet si proche d'un trou noir supermassif. Lorsque l'étoile est passée à seulement 120 fois la distance Terre-Soleil de Sgr A*, sa vitesse orbitale a atteint 8000 km/s, soit 2,7 % de la vitesse de la lumière.

Il est entouré d'un amas d'étoiles qui atteignent des vitesses vertigineuses lorsqu'elles se rapprochent de lui.

Après 26 ans de préparation et d'observation, l'étoile S2 en orbite autour de Sagittarius A* a effectué son plus proche passage du monstre cosmique et s'est comportée exactement comme la relativité générale le prédisait.

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Aussi appelé décalage gravitationnel vers le rouge, le décalage d'Einstein est un effet prédit par la relativité générale qui affecte les sources lumineuses soumises à un champ de gravité: il se traduit, pour un observateur extérieur, par un déplacement vers de plus grandes longueurs d'onde des raies spectrales caractérisant la lumière émise par la source.

Grâce à ces outils, les chercheurs ont pu mesurer la vitesse de S2 et établir la trajectoire de son orbite autour de Sagittarius A*. Il faut garder à l'esprit que malgré sa masse fantastique, un trou noir de cette taille est confiné dans une sphère de 0,1 UAFermer une Unité Astronomique (UA) est égale à la distance Terre-Soleil, soit à peine un dixième de la distance entre la Terre et le Soleil.

Selon les chercheurs, ces conditions sont suffisamment extrêmes pour que l'étoile subisse les effets de la relativité générale. "Ce qui se matérialise d'une manière extrêmement concrète par le fait que cet objet apparaît plus rouge", nous explique Guy Perrin, l'astronome qui, avec son équipe et ses partenaires européens, a mis au point Gravity (relisez le portrait que Le Point lui a consacré en janvier dernier). En revanche la théorie classique de la gravitation de Newton, testée elle aussi par les astronomes, "ne colle pas avec nos mesures". C'est à ce moment-là que nos chercheurs ont pu mesurer cet effet de rougissement gravitationnel. L'équipe s'est ici appuyée sur les instruments infrarouges installés sur le Very Large Telescope de l'Observatoire européen austral, capables de "voir" à travers la poussière. "Nos mesures sont totalement compatibles avec la théorie d'Einstein", dit Guy Perrin.

Le consortium Gravity est dirigé par l'institut Max Planck pour la physique extraterrestre et implique notamment le CNRS, l'Observatoire de Paris-PSL, l'Université de Grenoble-Alpes, le Centre portugais d'astrophysique CENTRA.

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