En bref : baptisée S301, cette étoile boucle son orbite autour du trou noir central de notre galaxie en 8,7 ans seulement, en frôlant Sagittarius A* d’aussi près que Saturne frôle le Soleil. Sa vitesse record ouvre la voie à une mesure directe de la rotation du trou noir et à une nouvelle épreuve pour la théorie d’Einstein.

Une étoile qui bat tous les records de vitesse

Au cœur de la Voie lactée règne Sagittarius A*, un trou noir supermassif d’environ quatre millions de masses solaires. Autour de lui gravite un essaim d’étoiles, surnommées les étoiles « S », qui décrivent des orbites serrées à des vitesses vertigineuses. La dernière venue, S301, les surpasse toutes : elle atteint 25 000 km/s à son passage au plus près, soit environ 8 % de la vitesse de la lumière, ou près de 90 millions de kilomètres à l’heure.

À cette allure, S301 devient officiellement l’étoile la plus rapide connue de notre galaxie. Elle est aussi la plus proche jamais observée du trou noir : à son point le plus rapproché, elle passe à environ 1,78 milliard de kilomètres de Sagittarius A*, une distance comparable à celle qui sépare Saturne du Soleil. Résultat, S301 boucle une orbite complète en seulement 8,7 ans, la période la plus courte jamais mesurée autour de notre trou noir central.

La prouesse technique du VLT et de GRAVITY

Débusquer un tel astre relève de l’exploit. Le centre galactique est masqué par d’épais nuages de poussière et grouille d’étoiles, ce qui rend l’observation extrêmement délicate. C’est l’interféromètre du Very Large Telescope (VLTI) de l’Observatoire européen austral (ESO), installé sur le mont Paranal au Chili, qui a permis la découverte.

Plus précisément, c’est l’instrument GRAVITY qui a fait la différence. En combinant la lumière des quatre télescopes de 8,2 mètres du VLT, il atteint une résolution angulaire équivalente à celle d’un télescope de près de 200 mètres de diamètre. Cette finesse était indispensable pour isoler S301 dans la cohue du centre galactique.

L’étoile a été repérée pour la première fois au printemps 2023. En traçant son mouvement vers l’avant, puis en fouillant d’anciennes données, l’équipe a retrouvé sa trace jusqu’en 2017, confirmant sa trajectoire et son identité.

Pourquoi cette découverte est majeure

L’intérêt scientifique de S301 dépasse largement le record de vitesse. En s’approchant autant de Sagittarius A*, l’étoile plonge dans une région où la gravité est si intense que les effets de la relativité générale deviennent mesurables. Elle offre donc un laboratoire naturel unique pour tester la théorie d’Einstein dans un régime extrême, impossible à reproduire sur Terre.

Deux phénomènes sont particulièrement recherchés :

• Le décalage vers le rouge gravitationnel, quand la lumière de l’étoile perd de l’énergie en s’échappant du puits de gravité du trou noir.
• La précession de Schwarzschild, cette lente rotation de l’orbite elle-même, déjà mise en évidence auparavant sur l’étoile S2 mais qui pourra ici être observée de façon encore plus marquée.

Surtout, S301 pourrait permettre une première : mesurer directement la rotation, ou spin, de Sagittarius A*. Un trou noir en rotation entraîne l’espace-temps autour de lui, un effet appelé entraînement des référentiels. En suivant précisément la trajectoire de l’étoile, les astronomes espèrent quantifier cette rotation, une donnée fondamentale encore inconnue pour notre trou noir.

Ce que l’on saura dans les prochaines années

Pour contraindre l’orbite avec la précision nécessaire, il faut observer au moins deux révolutions complètes de S301. Le prochain passage au plus près de Sagittarius A* est attendu vers 2031, un rendez-vous que les équipes préparent déjà.

Les instruments de nouvelle génération seront décisifs. GRAVITY+, version améliorée de l’interféromètre, prendra le relais dans l’immédiat. À plus long terme, l’instrument MICADO, monté sur l’Extremely Large Telescope (ELT) de l’ESO, actuellement en construction au Chili, devrait suivre le trajet de l’étoile avec une acuité sans précédent au cours de la prochaine décennie.

Si ces observations aboutissent, elles pourraient soit confirmer une nouvelle fois la relativité générale dans des conditions extrêmes, soit y déceler la moindre fissure, un indice précieux d’une physique encore à découvrir. Dans les deux cas, S301 s’annonce comme l’une des sondes naturelles les plus précieuses jamais offertes aux astrophysiciens.

Ce qu’il faut retenir

• S301 est l’étoile la plus rapide et la plus proche jamais observée autour de Sagittarius A*, le trou noir central de la Voie lactée.
• Elle atteint 25 000 km/s (environ 8 % de la vitesse de la lumière) et boucle son orbite en seulement 8,7 ans.
• Elle a été détectée par l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope de l’ESO, au Chili.
• Sa proximité extrême permet de tester la relativité générale d’Einstein et, pour la première fois, de mesurer la rotation du trou noir.
• Son prochain passage au plus près, vers 2031, sera scruté par GRAVITY+ puis par le futur télescope géant ELT.