Un astre peu lumineux frôle Sgr A* à seulement 12 unités astronomiques et ce n’est pas une étoile comme les autres

Douze unités astronomiques. C’est la distance qui sépare S301, un astre discret repéré par le télescope VLT de l’Observatoire européen austral, du trou noir supermassif niché au cœur de notre galaxie. Une paille à l’échelle cosmique, à peine plus que la distance entre le Soleil et Saturne. Et cet astre n’a rien d’une étoile ordinaire du voisinage galactique.

L’annonce a été publiée par la collaboration GRAVITY, l’équipe internationale qui traque depuis plus de vingt ans les mouvements stellaires autour de Sagittarius A*. Depuis plus de vingt ans, des équipes internationales cartographient l’environnement proche de Sgr A* avec une précision croissante. Leur dernière trouvaille porte le nom austère de S301, mais son comportement, lui, n’a rien de banal.

Une étoile qui frôle l’infranchissable

S301 tourne autour du trou noir sur une orbite très elliptique, avec une période d’environ 8,7 ans, et s’approche à son point le plus proche à un peu plus de douze unités astronomiques de Sagittarius A*, une distance comparable à celle qui sépare le Soleil de Saturne. Ce rapprochement extrême propulse littéralement l’astre : à son passage au plus près, sa vitesse frôle les 25 000 kilomètres par seconde, soit plus de 8 % de la vitesse de la lumière, ce qui en fait actuellement l’étoile la plus rapide connue de la Voie lactée. Traduit autrement, elle file à environ 90 millions de kilomètres par heure au moment de sa plus grande proximité avec le trou noir.

Pour mesurer l’ampleur du record, il faut le comparer à S2, la star jusqu’ici la plus scrutée du centre galactique. S301 s’aventure dix fois plus près que l’étoile S2, jusqu’alors la mieux étudiée. Un bond spectaculaire qui place ce petit astre en tête de toutes les orbites connues autour d’un trou noir supermassif observable depuis la Terre. S301 suit une orbite hautement excentrique avec une période d’environ 8,7 ans, la période orbitale la plus courte jamais établie de façon fiable pour une étoile autour de Sagittarius A*.

Pourquoi ce n’est pas une étoile comme les autres

Voilà où l’histoire devient intéressante. Le centre de la Voie lactée abrite une population d’étoiles jeunes, chaudes et lumineuses, un paradoxe que les astrophysiciens surnomment justement le « paradoxe de la jeunesse » : comment des étoiles récentes peuvent-elles naître dans un environnement aussi hostile, balayé par les marées gravitationnelles et le rayonnement du trou noir ? S301 ne rentre pas dans ce moule. C’est une étoile faible de la séquence principale en orbite autour de Sagittarius A*, un astre plus froid, plus discret, à mille lieues des géantes bleues habituellement mises en avant dans ce quartier extrême de la galaxie.

Sa faible luminosité illustre à quel point sa détection relevait de l’exploit technique. Grâce à une résolution angulaire quarante fois supérieure à celle d’un télescope seul et une sensibilité multipliée par dix à cent, les astronomes ont pu observer S301, deux milliards de fois moins lumineuse que Bételgeuse. Deux milliards de fois : le genre de chiffre qui donne le vertige et qui explique pourquoi cet astre est resté invisible aussi longtemps, alors même qu’il évoluait dans l’une des régions les plus scrutées du ciel.

Autre singularité : son orbite très excentrique intrigue les chercheurs. La forte excentricité de S301 suggère qu’elle est la composante capturée d’un système binaire qui a été disloqué par Sgr A* via le mécanisme de Hills. En clair, S301 ne serait pas née seule près du trou noir. Elle aurait vécu, ailleurs, en couple stellaire, avant que les forces de marée monstrueuses de Sagittarius A* n’arrachent son compagnon et ne la propulse sur cette trajectoire vertigineuse. Une origine mouvementée, littéralement.

Un outil pour percer les secrets du trou noir

Cette découverte n’est pas qu’une curiosité de plus dans le catalogue déjà fourni des étoiles du centre galactique. Elle ouvre une fenêtre scientifique inédite. S301 traverse une région où la rotation du trou noir entraîne l’espace-temps lui-même, un phénomène qui ne se produit qu’au voisinage immédiat d’un objet massif et en rotation. Ce fameux entraînement des référentiels, prédit par la relativité générale, reste l’un des effets les plus difficiles à mesurer directement dans l’Univers.

Les chercheurs du Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, à l’origine de la découverte, sont optimistes sur la suite. Ces observations devraient permettre de mesurer la vitesse de rotation de Sgr A* dans les dix prochaines années. Un objectif que même S2, malgré des décennies de suivi, n’avait jamais permis d’atteindre faute de s’approcher suffisamment près de l’horizon des événements.

La prouesse technique repose sur l’instrument GRAVITY+, version améliorée de l’interféromètre du VLTI. Cette détection repose sur GRAVITY+, capable de combiner la lumière de quatre télescopes de 8 mètres. Un dispositif si sensible que les astronomes ont pu remonter le temps : après avoir établi une orbite préliminaire, ils ont identifié rétrospectivement l’étoile dans des observations de 2021, et plus faiblement dans des données de 2017.

Reste une question qui plane sur toute cette affaire : combien d’autres astres discrets, trop faibles pour les instruments d’hier, orbitent encore invisibles tout près de Sgr A* ? Le centre de notre galaxie, longtemps considéré comme un terrain déjà bien cartographié, vient de prouver qu’il gardait encore des surprises à portée d’interféromètre.

Sources : observatoire.univ-lyon1.fr | ncbi.nlm.nih.gov | courses.ems.psu.edu