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Des nouvelles de G2, le nuage qui frôle notre trou noir central

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Un nuage de gaz contenant l'équivalent de trois fois la masse de la Terre fonce en direction du trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée : nous le savons depuis 2011. Actuellement, il frôle ce trou noir. Les forces de marée l'étirent et le morcellent. Sa partie avant a dépassé le point le plus proche de sa trajectoire, et s'éloigne du trou noir à plus de 10 millions de kilomètres par heure. Sa partie arrière continue de chuter sur lui.

Cette simulation d'un nuage de gaz passant à proximité du trou noir supermassif du centre de la Galaxie reproduit l'événement en milieu d'année 2013. Les observations effectuées au moyen du VLT confirment que le nuage est à présent si étiré que sa partie avant a dépassé le point le plus proche de sa trajectoire. Ce point, le péricentre de l'orbite du nuage, est situé à plus de cinq fois la distance qui sépare la planète Neptune du Soleil. La partie arrière du nuage continue de chuter sur lui. © Stefan Gillessen, ESO, MPE, Marc Schartmann

Les galaxies possèdent un trou noir supermassif central, dont la masse est comprise entre quelques millions et quelques milliards de masses solaires. On sait aussi que ces trous noirs sont à l'origine des quasars quand accrètent de grandes quantités de gaz. Mais on ne sait ni comment ces astres sont apparus ni d'où ils tirent la matière qui les alimente lorsqu'ils se transforment en noyaux actifs de galaxie.

Pour tenter de mieux comprendre ces phénomènes, il faut se tourner vers le trou noir supermassif le plus proche, à savoir celui de notre Voie lactée. On le désigne souvent du nom de la fameuse source radio associée : Sagittarius A*. Il est étudié depuis de nombreuses années par des astrophysiciens comme Reinhard Genzel, colauréat du prix Crafoord en 2012.

Nuage de gaz au péricentre d'un trou noir supermassif

Or, voilà quelques années, Reinhard Genzel et ses collègues avaient annoncé la découverte grâce au VLT de l'ESO d'un nuage de gaz de masse plusieurs fois supérieure à celle de la Terre, et qui accélère rapidement en direction du trou noir situé au centre de la Voie lactée. Les chercheurs prévoyaient qu'il passerait au plus près du trou noir central de la Galaxie en 2013. Nous y sommes, et c'est pourquoi Reinhard Genzel et d'autres astrophysiciens de l'institut Max Planck de physique extraterrestre à Garching (Allemagne), comme Stefan Gillessen, le responsable de l'équipe d'observation de l'ESO étudiant ce nuage, viennent de déposer un article sur arxiv. Il fait le point sur l'influence du champ de gravitation du trou noir central sur G2, le nom donné au nuage par les astronomes.

Explications en anglais de la découverte de G2 par les astronomes en 2011. Pour voir les sous-titres, cliquez sur « CC », puis sur « traduire les sous-titres » pour choisir la langue en cliquant dans la barre. Sélectionnez « français », puis « OK ». La traduction est assez bonne. © SpaceRip, ESO, YouTube

G2 est passé au plus près du trou noir central de la Voie lactée. Il a donc dépassé ce qu'on appelle le péricentre, le point de l'orbite elliptique d'un objet céleste où la distance est minimale par rapport au foyer de cette orbite. Selon Gillessen, « le gaz situé à l'avant du nuage est à présent étiré sur plus de 160 milliards de kilomètres de part et d'autre du point de l'orbite le plus proche du trou noir. Et la distance minimale se situe à un peu plus de 25 milliards de kilomètres à peine du trou noir — de sorte que le nuage échappe de peu à la chute fatale. » L'astronome précise toutefois que « le nuage est si étendu que son passage à la distance minimale du trou noir ne constitue pas un événement ponctuel, mais plutôt un processus dont la durée s'étend sur plus d'une année ».

Sonder l'environnement d'un trou noir

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont observé G2 pendant plus de 20 heures avec l'instrument Sinfoni qui équipe le VLT. Il permet de mesurer les vitesses des différentes parties du nuage alors qu'il s'étire sous l'effet des forces de marée au voisinage du trou noir central. Stefan Gillessen ajoute d'ailleurs à ce sujet qu'« à l'image d'un astronaute peu chanceux dans un film de science-fiction, nous voyons le nuage étiré au point de ressembler à un spaghetti. Cela signifie qu'il n'abrite probablement aucune étoile. À l'heure actuelle, nous pensons que le gaz provient certainement des étoiles que nous voyons orbiter autour du trou noir. »

Les astronomes vont poursuivre l'étude du comportement de G2 autour du trou noir géant de la Voie lactée. Malgré tout, son origine reste incertaine. Les chercheurs espèrent aussi qu'il pourrait entrer en interaction avec du gaz aux abords du trou noir, ce qui donnerait des renseignements supplémentaires sur son environnement immédiat. Enfin, le comportement de la matière dans le champ de gravitation d'un astre aussi massif permet de sonder le comportement de la gravité lorsqu'elle est forte. On peut penser que l'on pourra tester la théorie de la relativité générale en espérant découvrir des signes d'une physique concernant la gravitation au-delà de la théorie d'Einstein, ou simplement mettre à l'épreuve la théorie des trous noirs supermassifs.

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