PREMIER TEST DE LA RELATIVITÉ GÉNÉRALE AUTOUR D'UN TROU NOIR SUPERMASSIF

L’existence d’objets ultradenses, appelés trous noirs, est une prédiction de la relativité générale, théorie physique formulée par Albert Einstein en 1915 et qui relie l’espace-temps aux masses qu’il contient. Les trous noirs, dont le premier fut mis en évidence en 1971, sont abondants dans l’Univers et leur masse résulte de différents processus de formation. Certains ont des masses comparables à celle des étoiles, d’autres sont dits supermassifs car leur masse peut atteindre des millions voire des milliards de fois celle du Soleil.

Un trou noir supermassif au centre de notre galaxie

Le cœur de nombreuses galaxies contient un trou noir supermassif. C’est également le cas pour notre galaxie, la Voie lactée. L’existence d’un trou noir situé exactement au centre de celle-ci et s’observant dans la direction de la constellation du Sagittaire fut envisagée dès les années 1980, après la découverte d’une radiosource appelée Sagittarius A* (SgrA*). Cette hypothèse est reprise en 1996 par Reinhard Genzel, astrophysicien de l’Institut Max-Planck à Garching (Allemagne) lorsqu’il étudie le mouvement des étoiles dans cette région.

Depuis 2010, la présence d’un trou noir supermassif apparaît comme la meilleure interprétation des effets gravitationnels observés. La masse de cet objet ultradense, déterminée par Genzel, atteint 4,1 millions de fois celle du Soleil (4,1 × 10⁶ M_Soleil). Situé à une distance de 26 000 années-lumière du Soleil – donc très proche de celui-ci par rapport à l’immense distance qui nous sépare d’autres trous noirs supermassifs – et coïncidant précisément avec la radiosource SgrA*, ce probable trou noir et les phénomènes se déroulant dans son voisinage sont, du fait de cette proximité, accessibles à des observations directes et détaillées.

Les conséquences de la relativité générale ont été vérifiées avec succès et à plusieurs reprises dans des situations où la courbure de l’espace, provoquée par la présence de masses relativement modestes (de l’ordre de la masse de la Terre ou du Soleil), est peu importante. Citons ainsi : la déviation de la trajectoire de la lumière frôlant le Soleil (mise en évidence lors de l’éclipse de 1919) ou des amas de galaxies (effet dit de lentille gravitationnelle observé pour la première fois en 1979) ; la précession de l’orbite de la planète Mercure ; le décalage vers le rouge de la lumière lorsqu’elle s’extrait de la gravitation de la Terre (1960) ou du Soleil (1962) ; l’émission d’ondes gravitationnelles lors de la coalescence de deux trous noirs stellaires (2016). La région de SgrA* offre un laboratoire où peuvent être testées et étudiées en détail les conséquences de cette théorie de la relativité générale, mais cette fois en présence d’un champ gravitationnel extrêmement intense (le plus important connu régnant dans notre galaxie).