La distance du trou noir supermassif de la Voie lactée mesurée avec une précision inédite

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8.178 parsecs, soit 26.673 années-lumière, nous séparent exactement du trou noir supermassif Sagittarius A* (Sgr A*) niché au centre de la Voie lactée, d'après une nouvelle mesure d'une précision inégalée dévoilée dans une étude. Le consortium Gravity, rassemblant des chercheurs travaillant sur l'instrument d'interférométrie du même nom équipant un des plus grands télescopes du monde, le Very Large Telescope (VLT), au Chili, a calculé cette distance avec une incertitude de 0,3 % en observant une jeune étoile massive appelée S2 en orbite au voisinage du trou noir.

L'étoile S2 fait partie d'un petit groupe d'une quarantaine d'étoiles que les chercheurs parviennent à distinguer autour du trou noir Sagittarius A*. Leur orbite varie de 13 ans à quelques milliers d'années. S2 en particulier, complète son orbite en seulement 16 ans, la deuxième orbite la plus courte parmi ces 40 étoiles. Lors de son passage au plus proche du trou noir supermassif, à seulement 120 unités astronomiques (ou UA) – soit 120 fois la distance Terre-Soleil –, le 19 mai 2018, elle avait atteint une vitesse exorbitante de plus de 25 millions de kilomètres par heure, soit 2,5 % de la vitesse de la lumière. © ESO, L. Calçada, spaceengine.org

La distance au trou noir se calcule en comparant la vitesse radiale (vitesse dans l'axe de visée mesurée grâce au décalage spectral) et le mouvement propre (mouvement apparent sur la sphère céleste). Pour cette étude, les chercheurs ont rassemblé des observations de S2 pendant 27 ans, dont celles réalisées avec Gravity de 2017 à 2018, avant et après le passage de l'étoile au périastre (point de son orbite le plus proche du trou noir) en mai 2018. Ils ont trouvé une distance de 8.178 ± 13 (stat.) ± 22 (sys.) parsecs, où sont précisées respectivement les erreurs statistiques (ici dues principalement aux incertitudes sur les mesures de vitesse radiale) et systématique (indépendante du nombre de mesures, dues à l'imperfection de l'instrument et des méthodes d'observations, ici de Gravity). Les chercheurs en ont profité pour en déduire la masse du trou noir Sagittarius A* à 4,152 ± 0,014 millions de masses solaires, avec une précision encore sans précédent.

Dans une précédente étude en 2018, les chercheurs de Gravity avaient détecté le décalage spectral vers le rouge de la lumière émise par S2 provoquée par le puissant champ gravitationnel du trou noir quand elle s'éloigne de celui-ci, confortant ainsi la théorie d'Einstein. Ils avaient en passant établi la distance entre le trou noir et nous à 8.122 ± 31 (stat.) parsecs. C'était alors la mesure la plus précise jamais réalisée.

Description du passage de l'étoile S2 au plus proche du trou noir supermassif Sagittarius A* au cours de son orbite de 16 ans autour de cet objet. L'étude de S2 a conduit à la détermination la plus précise de la distance nous séparant du trou noir, ainsi que de sa masse. © ESO, M. Kornmesser