S2 (étoile)

S2 (pour « Source 2 »), aussi désignée S0-2, est une des étoiles les plus proches de la source radio Sagittarius A*, au centre de notre galaxie, la Voie lactée. Elle fait partie d'un amas d'étoiles en orbite autour du centre galactique.

S2

Orbite de l'étoile S2.

Données d'observation
(époque J2000.0)
Ascension droite	17^h 45^m 40,0442^s
Déclinaison	−29° 00′ 27,975″
Constellation	Sagittaire
Localisation dans la constellation : Sagittaire

Caractéristiques
Type spectral	B1V

Astrométrie
Distance	7,62 ± 0,32 kpc (∼24 900 a.l.)[1]

Caractéristiques

Nature de la S2

Il s'agit d'une étoile de très faible luminosité[2] (en magnitude apparente), située extrêmement proche du centre galactique.

L'étoile S2 a la particularité d'avoir une orbite képlérienne elliptique très excentrique ( $e$ = 0,87) d'une période de 15,2 ans[3] qui la conduit à un périapside situé à seulement 17 heures-lumière[3] (18,3 × 10¹² mètres, soit 124 ua, quatre fois la distance moyenne entre le Soleil et Neptune) du centre galactique, à plus de 2 000 fois le rayon de Schwarzschild[4]. Elle n'est donc pas dans le trou noir mais il s'agit de l'étoile connue de l'amas qui s'en approche le plus.

Évolution de l'observation

Avant 2001, le centre de la Voie lactée restait toujours invisible à nos télescopes, à cause d'un impénétrable rideau de poussière interstellaire. Toutefois, à la suite de l'installation de deux nouveaux systèmes au VLT, à l'observatoire du Cerro Paranal au Chili, en 2001, des images de haute résolution, notamment en infrarouge, ont pu être obtenues[4].

Une équipe internationale conduite par Rainer Schödel de l'Institut Max-Planck de physique extraterrestre a observé le mouvement de S2 sur une durée de 15,2 ans. Celui-ci montre très clairement que seul un trou noir supermassif peut se trouver au foyer de l'orbite. La caractérisation complète de cette dernière permet d'estimer la masse, et par suite la taille, de Sagittarius A* : 4 millions de masses solaires[2]. C'est la mesure la plus précise jamais effectuée sur la masse d'un trou noir supermassif.

Effet de la gravité et relativité générale

Le 19 mai 2018, cette étoile a été au plus proche du trou noir, et a atteint théoriquement la vitesse de près de 8 000 km/s (environ 25 millions de km/h), soit 2,7 % de celle de la lumière[5]^,[6]. À cette occasion, le dispositif interférométrique Gravity mis en service au VLT a observé un décalage fréquentiel vers le rouge cohérent avec la théorie de la relativité générale[6]^,[5]^,[7].

L'orbite de S2 subit une précession de 12 '' par rotation due au champ gravitationnel du trou noir[8]; ce phénomène, en accord avec la relativité générale, est analogue à celui de l'avance du périhélie de Mercure.

Encore analyse de l'observation

En 2020, une équipe italienne proposa, à la suite de cette dernière observation de mouvement et celle d'un objet non identifié, G2, une nouvelle explication selon la matière noire au centre de la Voie Lactée, au lieu du trou noir, théorie traditionnelle[9].

Par ailleurs, des études sur l'observation de la S2 conduisirent, en 2020, le prix Nobel de physique à trois lauréats, Roger Penrose, Reinhard Genzel et Andrea M. Ghez[10]^,[11].

Étoiles semblables

Reinhard Genzel et son équipe évolua leur observation en 2021, en utilisant encore le VLT mais avec de nouvelles technologies, qui leur permet vingt fois plus de précision. En mai 2021, l'étoile S29 s'approcha au trou noir avec 8 740 km/seconde de vitesse et 13 milliards de km de distance, jamais observées auparavant. De plus, ils découvrirent une nouvelle étoile S300. Dorénavant, la S2 est considérée comme une des étoiles plus proches du centre de Sagittaire A*. Au contraire de l'hypothèse de l'équipe italienne, ce groupe identifia encore qu'au centre de la Voie lactée, 99,9% de masses sont tenues dans ce trou noir[12].

Étymologie

La désignation S est utilisée pour décrire une étoile située à moins d'une seconde d'arc de Sagittarius A*. S2 est la deuxième étoile de ce type découverte[13]. Actuellement plusieurs numérotations concernant ces étoiles existent, c'est pourquoi elle est quelquefois appelée S0-2.

Galerie

Vue d'artiste du passage de l'étoile S2 au périastre du trou noir supermassif au centre de la Voie-lactée, confirmant le décalage gravitationnel vers le rouge[14].
Orbites de six étoiles proches du centre galactique.

Notes et références

(en) P. BATTINELLI, S. DEMERS, C. ROSSI, K. S. GIGOYAN, « EXTENSION OF THE С STAR ROTATION CURVE OF THE MILKY WAY TO 24 KPC »,‎ 2007 (consulté le 10 février 2018).
« GRAVITY observe avec succès les abords du trou noir de la Voie Lactée », sur insu.cnrs.fr.
« Un trou noir au centre de notre Galaxie », sur obspm.fr.
« Une étoile en orbite autour d'un trou noir ? », sur culturesciencesphysique.ens-lyon.fr.
Lucas Streit, « La relativité générale validée au centre de la Voie lactée », Pour la science, n^o 492,‎ octobre 2018, p. 8.
Observatoire de Paris, Trou noir et relativité générale, le 7 septembre 2020
(en) R. Abuter et al. (collaboration GRAVITY), « Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole », Astronomy and Astrophysics, vol. 615,‎ juillet 2018, p. 1-10, article n^o L15 (DOI 10.1051/0004-6361/201833718, lire en ligne [PDF]).
(en) collaboration GRAVITY, « Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole », Astronomy and Astrophysics, vol. 636,‎ avril 2020 (lire en ligne), accès libre.
Becerra-Vergara et al., Geodesic motion of S2 and G2 as test of the fermionic dark matter nature of our Galactic core, dans le site Astronomy & Astrophsics, le 4 septembre 2020 (en) ; voir aussi l'article scientifique par Ryan Whitwam, The Milky Way Might Have a Core of Dark Matter instead of a Black Hole, le 24 mai 2021 (en)
Dossier déposé à l'université Cornell, Hinting a dark matter nature of Sgr A* via the S-stars, les 13 et 14 mai 2021 (en)
Académie royale des sciences de Suède, The Nobel Prize in Physics 2020, le 6 octobre 2020 : « The orbits of the brightest stars closest to the middle of the Milky Way have been mapped with increasing precision. » (en)
Observatoire européen austral, Watch stars move around the Milky Way's supermassive black hole in deepest image yet, le 14 décembre 2021
Ghez, A. M; Klein, B. L; Morris, M; Becklin, E. E (1998). "High Proper‐Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy". The Astrophysical Journal
(en) « First Successful Test of Einstein's General Relativity Near Supermassive Black Hole - Culmination of 26 years of ESO observations of the heart of the Milky Way », sur www.eso.org (consulté le 26 juillet 2018)

Voir aussi

Liens externes

(en) « Star Orbiting Massive Milky Way Centre Approaches to within 17 Light-Hours » (communiqué de presse de l'ESO du 16 octobre 2002) ; son extrait par CNRS « Un trou noir au centre de notre Galaxie »
« Le trou noir au centre de notre galaxie » (David P. Stern, Des observateurs aux explorateurs de l'espace, NASA 2001)
« Un trou noir au centre de notre Galaxie » (Observatoire de Paris, 1^er octobre 2002, révisé 22 février 2013)
(en) R. Schödel et al., « A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way », Nature, n^o 419, 2002, p. 694-696.
(en) S2 sur la base de données Simbad du Centre de données astronomiques de Strasbourg.

Vidéo

« Orbite de S2 autour du trou noir galactique central »

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[1] (en) P. BATTINELLI, S. DEMERS, C. ROSSI, K. S. GIGOYAN, « EXTENSION OF THE С STAR ROTATION CURVE OF THE MILKY WAY TO 24 KPC »,‎ 2007 (consulté le 10 février 2018).

[cnrs-2] « GRAVITY observe avec succès les abords du trou noir de la Voie Lactée », sur insu.cnrs.fr.

[observatoire-3] « Un trou noir au centre de notre Galaxie », sur obspm.fr.

[enslyon-4] « Une étoile en orbite autour d'un trou noir ? », sur culturesciencesphysique.ens-lyon.fr.

[PLSoct2018-5] Lucas Streit, « La relativité générale validée au centre de la Voie lactée », Pour la science, n^o 492,‎ octobre 2018, p. 8.

[paris-6] Observatoire de Paris, Trou noir et relativité générale, le 7 septembre 2020

[7] (en) R. Abuter et al. (collaboration GRAVITY), « Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole », Astronomy and Astrophysics, vol. 615,‎ juillet 2018, p. 1-10, article n^o L15 (DOI 10.1051/0004-6361/201833718, lire en ligne [PDF]).

[8] (en) collaboration GRAVITY, « Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole », Astronomy and Astrophysics, vol. 636,‎ avril 2020 (lire en ligne), accès libre.

[9] Becerra-Vergara et al., Geodesic motion of S2 and G2 as test of the fermionic dark matter nature of our Galactic core, dans le site Astronomy & Astrophsics, le 4 septembre 2020 (en) ; voir aussi l'article scientifique par Ryan Whitwam, The Milky Way Might Have a Core of Dark Matter instead of a Black Hole, le 24 mai 2021 (en)

[10] Dossier déposé à l'université Cornell, Hinting a dark matter nature of Sgr A* via the S-stars, les 13 et 14 mai 2021 (en)

[11] Académie royale des sciences de Suède, The Nobel Prize in Physics 2020, le 6 octobre 2020 : « The orbits of the brightest stars closest to the middle of the Milky Way have been mapped with increasing precision. » (en)

[12] Observatoire européen austral, Watch stars move around the Milky Way's supermassive black hole in deepest image yet, le 14 décembre 2021

[13] Ghez, A. M; Klein, B. L; Morris, M; Becklin, E. E (1998). "High Proper‐Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy". The Astrophysical Journal

[14] (en) « First Successful Test of Einstein's General Relativity Near Supermassive Black Hole - Culmination of 26 years of ESO observations of the heart of the Milky Way », sur www.eso.org (consulté le 26 juillet 2018)