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Le nuage G2 frôlant notre trou noir central cacherait-il une étoile ?

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Nuage de gaz et de poussière, G2 est passé très près du trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée. Des observations réalisées au mois de mai 2014 le confirment ainsi que le fait, surprenant, qu'il ait survécu à cette expérience. Mieux, les nouvelles données acquises par le Très Grand Télescope de l'ESO indiquent que l'objet ne semble pas avoir été considérablement étiré et qu'il présente une forte compacité. Il s'apparente davantage à une jeune étoile dotée d'un noyau massif, qui accumule toujours de la matière. Le trou noir en lui-même n'a pas encore présenté le moindre signe d'une activité renforcée.

Le nuage poussiéreux G2 s'est approché puis éloigné du trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée. Il a survécu sans encombre. © A. Eckart, ESO

Un trou noir supermassif doté d'une masse quatre millions de fois supérieure à celle du Soleil occupe le centre de notre Galaxie, la Voie lactée. Il est entouré d'un petit groupe d'étoiles brillantes ainsi que d'un mystérieux nuage poussiéreux baptisé G2. La chute de ce nuage en direction du trou noir fait l'objet d'un suivi depuis plusieurs années. Nous avions relaté en 2013 les observations de ce nuage frôlant le trou noir. L'arrivée au péribothron, ou point d'approche ultime, devait avoir lieu en mai 2014.

Les impressionnantes forces de marée qui règnent au sein de cette région caractérisée par une intense gravité étaient censées fractionner le nuage et disperser ses fragments le long de son orbite. Une fraction de cette matière devait alimenter le trou noir puis soudainement raviver son éclat. Ce regain d'intensité aurait en quelque sorte témoigné de la satisfaction du monstre à déguster un met rare.

Afin d'étudier la survenue de ces événements rarissimes, la région située au centre de notre Galaxie fait l'objet, depuis plusieurs années, d'observations répétées de la part de nombreuses équipes disposant de temps d'observation sur les grands télescopes disséminés dans le monde entier. L'une d'entre elles, dirigée par Andreas Eckart (université de Cologne, en Allemagne), a observé la région durant de nombreuses années au moyen du Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO. Elle a notamment effectué un suivi de cette région au cours de la période critique s'étendant de février à septembre 2014, soit de part et d'autre du péribothron. Ces nouvelles observations sont en accord avec celles effectuées auparavant au moyen du télescope Keck situé à Hawaï. Les observations du VLT offrent une grande netteté parce qu'elles sont effectuées à de plus courtes longueurs d'onde. Elles sont complétées des mesures de vitesse effectuées par Sinfoni, qui équipe le VLT, et des mesures de polarisation permises par l'instrument Naco.

Les images acquises dans l'infrarouge - domaine d'émission du gaz d'hydrogène - montrent que son passage à proximité du trou noir de la Voie lactée n'a en rien modifié la compacité du nuage. L'instrument Sinfoni a non seulement acquis des images parfaitement résolues, mais il a également décomposé la lumière incidente dans les différentes couleurs infrarouges qui la composent et donc permis d'estimer la vitesse du nuage. Avant d'atteindre le péribothron, le nuage s'éloignait de la Terre à une vitesse voisine de dix millions de kilomètres par heure. Après avoir côtoyé le trou noir, le nuage s'est ensuite déplacé en direction de la Terre à quelque douze millions de kilomètres par heure.

Le nuage poussiéreux G2 s'est approché puis éloigné du trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée. Ces nouvelles observations effectuées au moyen du VLT de l'ESO témoignent de la survie du nuage à sa rencontre avec le trou noir : il demeure un objet compact dont l'étirement n'est pas significatif. © A. Eckart, ESO, YouTube

G2, une jeune étoile enveloppée de poussière ?

Florian Peissker, doctorant à l'université de Cologne, en Allemagne, a effectué une grande partie des observations. Il livre ses impressions : « Être au pied du télescope et voir les données arriver en temps réel constitue une merveilleuse expérience ». Monica Valencia-S, post-doc à l'université de Cologne et chargée du traitement des données, d'ajouter : « Nous fûmes surpris de constater que la lueur en provenance du nuage poussiéreux était restée compacte, en dépit de la proximité du trou noir ».

Des observations antérieures suggéraient l'étirement progressif de G2. Les nouvelles observations ne confirment toutefois pas d'étalement significatif, que ce soit visuellement ou pour les vitesses. En complément des observations effectuées avec l'instrument Sinfoni, l'équipe a opéré, au moyen de l'instrument Naco qui équipe le VLT, une longue série de très fines mesures de la polarisation de la lumière en provenance de la région qu'occupe le trou noir supermassif. Ces mesures ont révélé le comportement de la matière accrétée par le trou noir : celle-ci reste très stable et aucunement perturbée par l'arrivée du nuage G2 à proximité, en tout cas jusqu'à présent.

La survivance du nuage poussiéreux aux effets d'intense marée gravitationnelle générés par la si grande proximité du trou noir suggère fortement qu'il entoure un objet dense doté d'un noyau massif. Il ne serait donc pas un nuage vaporeux. Cette hypothèse se trouve confortée par l'absence, à ce jour, du moindre élément plaidant en faveur de l'accrétion de sa matière par le monstre central (hausse de luminosité, accroissement d'activité).

Andreas Eckart résume ainsi les nouveaux résultats obtenus : « Nous avons examiné toutes les données récentes, en particulier celles datant de 2014, période au cours de laquelle le nuage s'est trouvé à grande proximité du trou noir. Nous ne pouvons confirmer l'étirement significatif du nuage. Dans la mesure où il ne se comporte pas à l'image d'un nuage de poussière dépourvu de noyau, il est fort probable qu'il consiste en une jeune étoile enveloppée de poussière ».

L'article exposant les travaux des chercheurs de l'ESO sur G2 est à retrouver sur arXiv.

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