Communiqué de presse
Premier test réussi de la théorie de la relativité d’Einstein à proximité d’un trou noir supermassif
Point d’orgue de 26 années d’observation du centre de la Voie Lactée au moyen des instruments de l’ESO
26 juillet 2018
Des observations effectuées au moyen du Very Large Telescope de l’ESO ont pour la toute première fois permis de mettre en évidence les effets, sur le mouvement d’une étoile, de l’intense champ gravitationnel généré par le trou noir supermassif situé au centre de la Voie Lactée. Cette confirmation longtemps attendue de la théorie de la relativité générale d’Einstein constitue le point d’orgue d’une campagne d’observations menée depuis 26 ans au moyen des télescopes de l’ESO au Chili.
Dissimulé derrière d’épais nuages de poussière absorbante, le trou noir super-massif le plus proche de la Terre se situe à quelque 26 000 années-lumière, au centre de la Voie Lactée. Ce monstre gravitationnel, doté d’une masse quatre millions de fois supérieure à celle du Soleil, est entouré d’un petit groupe d’étoiles orbitant à vitesse élevée. Cet environnement extrême – le champ gravitationnel le plus intense de notre galaxie – constitue le laboratoire de test idéal de la physique gravitationnelle, en particulier de la théorie de la relativité générale d’Einstein.
De nouvelles observations effectuées dans le domaine infrarouge par les instruments de très grande sensibilité, GRAVITY [1], SINFONI et NACO installés sur le Very Large Telescope de l’ESO (VLT), ont permis aux astronomes de suivre, au cours du mois de mai 2018, le mouvement de l’une de ces étoiles baptisée S2, alors qu’elle passait à très grande proximité du trou noir. A son point le plus proche, distant de moins de 20 milliards de kilomètres du trou noir, l’étoile se déplaçait à plus de 25 millions de kilomètres par heure – ce qui représente près de trois pour cent de la vitesse de la lumière [2].
L’équipe a comparé les mesures de position et de vitesse acquises par les instruments GRAVITY et SINFONI, et les observations antérieures de S2 effectuées au moyen d’autres instruments, aux prédictions de la théorie de la gravitation de Newton, de la théorie de la relativité générale et d’autres théories de la gravitation. Les résultats nouvellement obtenus ne sont pas compatibles avec les prédictions newtoniennes. Ils sont en parfait accord en revanche avec les prédictions de la théorie de la relativité générale.
Ces mesures d’une précision extrême ont été effectuées par une équipe internationale pilotée par Reinhard Genzel de l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre (MPE) à Garching en Allemagne, en collaboration avec des chercheurs de l’Observatoire de Paris – PSL, de l’Université Grenoble Alpes, du CNRS, de l’Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, de l’Université de Cologne, du Centre Portugais d’Astrophysique et de la Gravitation (CENTRA) et de l’ESO. Les observations constituent le point d’orgue d’observations toujours plus précises du centre de la Voie Lactée menées durant 26 ans au moyen des instruments de l’ESO [3].
“C’est la seconde fois que nous observons le passage de S2 à proximité directe du trou noir situé au centre de notre galaxie. Mais cette fois, grâce à une instrumentation nettement plus avancée, nous avons été en mesure d’observer l’étoile dans des détails beaucoup plus fins”, précise Reinhard Genzel. “Nous nous sommes pleinement préparés à la survenue de cet événement ces dernières années, avec l’idée d’utiliser cette opportunité unique pour observer les effets relativistes de la gravitation.”
Les nouvelles mesures mettent clairement en évidence un effet de décalage vers le rouge d’origine gravitationnelle. La lumière émise par l’étoile est étirée vers de plus grandes longueurs d’onde par l’intense champ gravitationnel généré par le trou noir. Et la variation de longueur d’onde de la lumière issue de S2 est en parfait accord avec celle déduite de la théorie de la relativité générale d’Einstein. C’est la toute première fois que cet écart aux prédictions de la théorie de la gravitation de Newton est observé dans le mouvement d’une étoile en orbite autour d’un trou noir super-massif.
L’équipe a utilisé SINFONI pour déterminer la vitesse de S2 le long de la ligne de visée et l’instrument interférométrique GRAVITY pour effectuer des mesures extraordinairement précises de la trajectoire de S2 afin de définir les contours de son orbite. GRAVITY génère des images nettes qui traduisent le mouvement de l’étoile autour du trou noir au fil des nuits – à quelques 26 000 années-lumière de la Terre.
“Déjà, nos premières observations de S2 au moyen de GRAVITY effectuées deux années auparavant révélaient que nous disposions du laboratoire idéal pour l’étude du trou noir” ajoute Frank Eisenhauer (MPE), scientifique responsable de GRAVITY et du spectrographe SINFONI. “Au point le plus proche, nous pouvions même détecter, sur la plupart des clichés, la faible lueur autour du trou noir, ce qui nous a permis de précisément suivre le mouvement de l’étoile sur son orbite, puis de détecter le décalage vers le rouge d’origine gravitationnelle dans le spectre de S2.”
Plus d’un siècle après la publication de son article explicitant les équations de la relativité générale, Einstein voit sa théorie de nouveau confortée – après avoir été confrontée au laboratoire le plus extrême qui soit et qu’il ait pu imaginer !
Françoise Delplancke, à la tête du Département d’Ingénierie Système à l’ESO, explique toute l’importance de ces observations : “Au sein du Système Solaire, nous ne pouvons que tester les lois de la physique à notre époque et dans des circonstances bien précises. Or, il est essentiel pour l’astronomie de tester également la validité de ces lois dans des environnements extrêmes, caractérisés par des champs gravitationnels nettement plus intenses.”
Les observations en cours sont susceptibles de prochainement révéler l’existence d’un autre effet relativiste – une petite rotation de l’orbite de l’étoile, ou précession de Schwarzschild – à mesure que S2 s’éloigne du trou noir.
Xavier Barcons, le Directeur Général de l’ESO, de conclure : “L’ESO a travaillé avec Reinhard Genzel et son équipe ainsi qu’avec des chercheurs issus d’autres Etats Membres de l’ESO durant près d’un quart de siècle. Concevoir des instruments suffisamment puissants pour effectuer ces mesures très précises puis les installer sur le VLT à Paranal, fut un challenge de taille. La découverte annoncée ce jour est le fruit d’un remarquable partenariat.”
Notes
[1] Le développement de l’instrument GRAVITY résulte d’un partenariat entre l’Institut Max Planck pour la Physique ExtratTerrestre (Allemagne), le LESIA à l’Observatoire de Paris – PSL / CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Diderot et l’IPAG à l’Université Grenoble Alpes / CNRS (France), l’Institut Max Planck pour l’Astronomie (Allemagne), l’Université de Cologne (Allemagne), le Centre d’Astrophysique et de la Gravitation (CENTRA, Portugal) et l’ESO.
[2] S2 effectue un tour complet autour du trou noir en 16 années, parcourant une orbite particulièrement excentrique qui la rapproche de 20 milliards de kilomètres – ce qui correspond à 120 fois la distance Terre – Soleil ou 4 fois la distance Soleil – Neptune – du trou noir. Cette distance équivaut à quelque 1500 rayons de Schwarzschild du trou noir lui-même.
[3] Les observations du centre de la Voie Lactée doivent être effectuées à des longueurs d’onde plus grandes (ici, dans le domaine infrarouge) parce que les nuages de poussière situés entre la Terre et les régions centrales absorbent fortement la lumière visible.
Plus d'informations
Ce travail de recherche a fait l’objet d’un article intitulé “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“, par la collaboration GRAVITY, à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics ce 26 juillet 2018.
La collaboration GRAVITY est composée de : R. Abuter (ESO, Garching, Allemagne), A. Amorim (Université de Lisbonne, Lisbonne, Portugal), N. Anugu (Université de Porto, Porto, Portugal), M. Bauböck (Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne [MPE]), M. Benisty (Université Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Allemagne), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Suisse), H. Bonnet (ESO, Garching, Allemagne), W. Brandner (Institut Max Planck dédié à l’Astronomie, Heidelberg, Allemagne [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, Université de Recherche PSL, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Université Paris 06, Université Paris Diderot, Meudon, France [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Université de Leiden, Leiden, Pays-Bas; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Allemagne), R. Dembet (ESO, Garching, Allemagne; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (Université de Cologne, Cologne, Allemagne; Institut Max Planck dédié à la RadioAstronomie, Bonn, Allemagne), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Allemagne), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Université de Porto, Porto, Portugal; Universté de Lisbonne, Lisbonne, Portugal), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; Université de Californie, Berkeley, Californie, Etats-Unis), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Université de Lisbonne, Lisbonne, Portugal), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chili), M. Haug (ESO, Garching, Allemagne), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Université de Cologne, Cologne, Allemagne), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Allemane), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Allemagne), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chili), S. Kellner (Institut Max Planck dédié à la RadioAstronomie, Bonn, Allemagne), S. Kendrew (MPIA), P. Kervella (LESIA; MPIA), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A. Mérand (ESO, Garching, Allemagne), E. Müller (ESO, Garching, Allemagne; MPIA), U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chili), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Allemagne), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Chile), J. Ramos (MPIA), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), R.-R. Rohloff (MPIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (ESO, Santiago, Chili; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO, Garching, Allemagne), N. Schuler (ESO, Santiago, Chili), J. Spyromilio (ESO, Garching, Allemagne), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (Université de Cologne, Cologne, Allemagne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO, Santiago, Chili), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (Université de Cologne, Cologne, Allemagne), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (Université de Cologne, Cologne, Allemagne), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Allemagne), S. Yazici (MPE; Université de Cologne, Cologne, Allemagne), D. Ziegler (LESIA) et G. Zins (ESO, Santiago, Chili).
L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, la Pologne, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope géant (ELT pour Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».
Liens
- Publication scientifique dans Astronomy & Astrophysics
- Photos du VLT
- Pages Web dédiées à GRAVITY sur le site Web de l’Institut Max Planck dédié à la Physique ExtraTerrestre
- Premières observations probantes du centre galactique réalisées avec GRAVITY
- Observations antérieures effectuées avec GRAVITY
Contacts
Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tél: +49 89 30000 3280
Courriel: genzel@mpe.mpg.de
Frank Eisenhauer
GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tél: +49 (89) 30 000 3563
Courriel: eisenhau@mpe.mpg.de
Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tél: +49 89 30000 3839
Courriel: ste@mpe.mpg.de
Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tél: +49 89 3200 6655
Mobile: +49 151 1537 3591
Courriel: pio@eso.org
Hannelore Hämmerle
Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tél: +49 (89) 30 000 3980
Courriel: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de
Thierry Botti (contact presse pour la France)
Réseau de diffusion scientifique de l'ESO
et Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
Marseille, France
Tél: +33 4 95 04 41 06
Courriel: eson-france@eso.org
A propos du communiqué de presse
| Communiqué de presse N°: | eso1825fr |
| Nom: | Milky Way Galactic Centre |
| Type: | Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole |
| Facility: | Very Large Telescope |
| Instruments: | GRAVITY, NACO, SINFONI |
| Science data: | 2018A&A...615L..15G |
Images
Vidéos
Our use of Cookies
We use cookies that are essential for accessing our websites and using our services. We also use cookies to analyse, measure and improve our websites’ performance, to enable content sharing via social media and to display media content hosted on third-party platforms.
ESO Cookies Policy
The European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO) is the pre-eminent intergovernmental science and technology organisation in astronomy. It carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities for astronomy.
This Cookies Policy is intended to provide clarity by outlining the cookies used on the ESO public websites, their functions, the options you have for controlling them, and the ways you can contact us for additional details.
What are cookies?
Cookies are small pieces of data stored on your device by websites you visit. They serve various purposes, such as remembering login credentials and preferences and enhance your browsing experience.
Categories of cookies we use
Essential cookies (always active): These cookies are strictly necessary for the proper functioning of our website. Without these cookies, the website cannot operate correctly, and certain services, such as logging in or accessing secure areas, may not be available; because they are essential for the website’s operation, they cannot be disabled.
Functional Cookies: These cookies enhance your browsing experience by enabling additional features and personalization, such as remembering your preferences and settings. While not strictly necessary for the website to function, they improve usability and convenience; these cookies are only placed if you provide your consent.
Analytics cookies: These cookies collect information about how visitors interact with our website, such as which pages are visited most often and how users navigate the site. This data helps us improve website performance, optimize content, and enhance the user experience; these cookies are only placed if you provide your consent. We use the following analytics cookies.
Matomo Cookies:
This website uses Matomo (formerly Piwik), an open source software which enables the statistical analysis of website visits. Matomo uses cookies (text files) which are saved on your computer and which allow us to analyze how you use our website. The website user information generated by the cookies will only be saved on the servers of our IT Department. We use this information to analyze www.eso.org visits and to prepare reports on website activities. These data will not be disclosed to third parties.
On behalf of ESO, Matomo will use this information for the purpose of evaluating your use of the website, compiling reports on website activity and providing other services relating to website activity and internet usage.
Matomo cookies settings:
Additional Third-party cookies on ESO websites: some of our pages display content from external providers, e.g. YouTube.
Such third-party services are outside of ESO control and may, at any time, change their terms of service, use of cookies, etc.
YouTube: Some videos on the ESO website are embedded from ESO’s official YouTube channel. We have enabled YouTube’s privacy-enhanced mode, meaning that no cookies are set unless the user actively clicks on the video to play it. Additionally, in this mode, YouTube does not store any personally identifiable cookie data for embedded video playbacks. For more details, please refer to YouTube’s embedding videos information page.
Cookies can also be classified based on the following elements.
Regarding the domain, there are:
- First-party cookies, set by the website you are currently visiting. They are stored by the same domain that you are browsing and are used to enhance your experience on that site;
- Third-party cookies, set by a domain other than the one you are currently visiting.
As for their duration, cookies can be:
- Browser-session cookies, which are deleted when the user closes the browser;
- Stored cookies, which stay on the user's device for a predetermined period of time.
How to manage cookies
Cookie settings: You can modify your cookie choices for the ESO webpages at any time by clicking on the link Cookie settings at the bottom of any page.
In your browser: If you wish to delete cookies or instruct your browser to delete or block cookies by default, please visit the help pages of your browser:
Please be aware that if you delete or decline cookies, certain functionalities of our website may be not be available and your browsing experience may be affected.
You can set most browsers to prevent any cookies being placed on your device, but you may then have to manually adjust some preferences every time you visit a site/page. And some services and functionalities may not work properly at all (e.g. profile logging-in, shop check out).
Updates to the ESO Cookies Policy
The ESO Cookies Policy may be subject to future updates, which will be made available on this page.
Additional information
For any queries related to cookies, please contact: pdprATesoDOTorg.
As ESO public webpages are managed by our Department of Communication, your questions will be dealt with the support of the said Department.