Pour la première fois, des chercheurs ont observé une course d'étoiles devant le trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée, vérifiant que son mouvement montrait les effets de la relativité générale, comme l'avait prédit Albert Einstein.
Les étoiles de la Voie lactée gravitent autour d'un trou noir gargantuesque appelé Sagittaire A *, qui est généralement calme vu de la Terre, sauf pour déchirer l'objet occasionnel qui s'aventure trop près. La masse du trou noir est 4 millions de fois celle du soleil, et elle présente le champ gravitationnel le plus puissant de notre galaxie, ce qui en fait - et un petit groupe d'étoiles en orbite à haute vitesse - un terrain d'essai parfait pour les effets extrêmes prédits par la théorie d'Einstein de relativité générale.
Depuis 26 ans, les chercheurs observent le centre de la Voie lactée à l'aide d'instruments de l'Observatoire européen austral (ESO). "Le centre galactique était notre laboratoire pour tester la gravité", a déclaré Odele Straub, astrophysicien à l'Observatoire de Paris et co-auteur de la nouvelle étude, lors d'une conférence de presse de l'ESO le 26 juillet. [La théorie de la relativité d'Einstein expliquée (infographie)]
Les astronomes ont utilisé de nouvelles observations infrarouges des instruments GRAVITY, SINFONI et NACO sur le très grand télescope d'ESO au Chili pour suivre une étoile, connue sous le nom de S2, qui fait partie d'un groupe d'étoiles se déplaçant rapidement en orbite autour du trou noir supermassif, situé à 26 000 lumières -ans de la Terre.
En mai 2018, ces astronomes ont vu passer S2 très près de ce trou noir. À l'époque, S2 se déplaçait extrêmement vite - 15,5 millions de mph (25 millions de km / h). En comparant les mesures de position et de vitesse prises par GRAVITY et SINFONI et les mesures précédentes prises de S2, l'équipe a constaté que la lumière déformée de l'étoile était cohérente avec les prédictions basées sur la description de la relativité générale de la façon dont la gravité plie l'espace-temps.
Les mesures de S2 montrent clairement un effet appelé redshift, ont déclaré des responsables de l'ESO dans un communiqué.
"Redshift nous dit comment la gravité affecte les photons lorsqu'ils voyagent dans l'univers", Andrea Mia Ghez, astronome et professeur au Département de physique et d'astronomie de l'Université de Californie à Los Angeles, qui n'a pas participé à cette recherche., a déclaré Space.com.
Le champ gravitationnel du trou noir supermassif a étiré la lumière quittant S2, et le changement de la longueur d'onde de la lumière de S2 s'aligne avec ce qui est prédit par la théorie d'Einstein, selon le communiqué.
Les nouvelles mesures et résultats ne concordent pas avec ce qui serait prédit par la théorie newtonienne plus simple de la gravité, ont déclaré les chercheurs lors de la conférence de presse. Frank Eisenhauer, scientifique principal au Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics et chercheur principal pour GRAVITY et le spectrographe SINFONI, a montré un graphique vivant soulignant cette divergence lors de la conférence de presse de l'ESO - lisant "Einstein 1: 0 Newton" - suscitant les acclamations du public.
C'est la première fois qu'une telle déviation de la théorie newtonienne de la gravité est observée dans une étoile autour d'un trou noir supermassif, ont déclaré les chercheurs dans le communiqué, même si c'était la deuxième fois qu'ils observaient S2 autour du trou noir; ils suivent le système depuis plus de deux décennies. La dernière fois, il y a 16 ans, la résolution des mesures n'était pas assez bonne pour capter les effets de la relativité.
En tant qu'êtres humains sur Terre, nous tombons, nous laissons tomber des choses et nous ne flottons pas hors de la planète dans l'espace; d'un point de vue quotidien, nous comprenons très bien la gravité. Cependant, parmi les différentes lois de la physique, "la gravité est la moins testée, bien que [c'est] celle que nous comprenons le mieux d'une existence humaine", a déclaré Ghez. Cette nouvelle recherche permet de consolider notre compréhension de la gravité à plus grande échelle.
"Il est très important de bien faire appliquer cette loi", a déclaré Ghez. Même si vous ne vous en sortez pas bien ou si vous travaillez avec une mauvaise compréhension de la gravité - même à petite échelle - ces erreurs peuvent s’être accumulées à plus grande échelle, a-t-elle ajouté.
Ce travail montre comment la gravité agit près d'un trou noir supermassif, améliorant ainsi la compréhension des scientifiques de la force et de ses effets, ont déclaré les chercheurs. "Ici, dans le système solaire, nous ne pouvons tester les lois de la physique que maintenant et dans certaines circonstances", a déclaré dans un communiqué Françoise Delplancke, chef du département d'ingénierie système à l'ESO et co-auteur de la nouvelle étude. "Il est donc très important en astronomie de vérifier également que ces lois sont toujours valables là où les champs gravitationnels sont beaucoup plus forts."
Les astronomes continueront d'observer et d'étudier S2 et espèrent bientôt montrer l'effet de la relativité générale sur une petite rotation de l'orbite de l'étoile alors qu'elle s'éloigne du trou noir supermassif, ont déclaré les chercheurs.
Les résultats de la nouvelle recherche ont été publiés en ligne aujourd'hui (26 juillet) dans la revue Astronomy & Astrophysics.
