Une étoile sprinteuse : à la poursuite de l'étoile la plus rapide de la Galaxie
Imaginez un sprinteur qui, à pleine vitesse, contourne un phare au bord d'une falaise. À chaque tour, il passe un peu différemment, car le vent du phare le déporte légèrement. Au centre de notre Galaxie se trouve l'étoile S301, qui fonce autour du trou noir supermassif à 25 600 kilomètres par seconde. C'est 14 fois plus rapide que la sonde spatiale la plus véloce jamais construite par l'homme. Son orbite n'est pas fermée : à chaque révolution, elle pivote d'un angle infime parce que l'espace près du trou noir est courbé. Cette rotation s'appelle la précession de Schwarzschild.
Par le passé, une telle rotation a déjà été observée pour l'étoile S2, mais son orbite se situe dix fois plus loin du trou noir, et sa précession est presque imperceptible. S301 est tout autre. Elle s'approche si près du trou noir que la lumière qu'elle émet met un certain temps à nous parvenir, un délai qu'il faut prendre en compte dans les calculs. Pour capturer cette rotation, les astronomes prévoient d'utiliser l'interféromètre GRAVITY+, qui mesure la position de l'étoile avec une précision de 100 microsecondes d'arc. C'est comme distinguer une pièce de monnaie sur la Lune depuis la Terre. La campagne débutera en 2028 et durera 13 ans, avec des observations particulièrement fréquentes lorsque l'étoile passera au plus près du trou noir.
Mais même avec cette perturbation, le plan fonctionnera. Les scientifiques ont simulé toutes les sources d'erreur possibles : la turbulence atmosphérique, les incertitudes sur la position du trou noir lui-même, l'influence d'autres étoiles. Il s'avère qu'après avoir pris en compte toutes les perturbations, la rotation de l'orbite sera mesurable avec une précision de 3,2 %. C'est comme mesurer la longueur d'une pièce au millimètre près depuis l'autre bout d'un couloir. Ce résultat ne dépend pas de la vitesse de rotation du trou noir, ce qui en fait un test impartial de la théorie de la gravitation.
La chasse à l'étoile la plus rapide de la Galaxie ne fait que commencer. Si les observations se déroulent comme prévu, d'ici 2041 les astronomes obtiendront la première preuve directe que l'orbite d'une étoile pivote dans le champ gravitationnel intense d'un trou noir. Et ainsi, le sprinteur contournant le phare nous aidera à comprendre comment l'espace et le temps se comportent dans les conditions les plus extrêmes de l'Univers.
S301 se déplace à 25 600 km/s à son péricentre, soit plus de 14 fois plus vite que la sonde spatiale la plus rapide jamais lancée par l'homme. Si une telle étoile devait aller de la Terre à la Lune, elle parcourrait cette distance en 15 secondes.
Dans le roman « La Lumière des étoiles lointaines » de Greg Egan, une civilisation vit sur une planète orbitant autour d'un trou noir supermassif, où la précession orbitale influence le climat. Ici, c'est la même physique, mais observée depuis une distance sûre.