L'existence de véritables trous noirs - en particulier ceux décrits par la fameuse solution de Kerr lorsqu'ils sont en rotation - vient de recevoir une confirmation supplémentaire en observant, grâce à l'instrument Gravity de l'Eso, Sagittarius A*, notre trou noir supermassif galactique supposé. Cette confirmation semble solide, même si le dernier mot à ce sujet n'a pas encore été dit.
Le VLT et Gravity avaient déjà permis de faire passer des tests remarquables à la théorie de la relativité générale et à certaines théories alternatives de la gravitation relativiste, notamment en étudiant les mouvements rapprochés de certaines étoiles autour de Sagittarius A*.
Tout dernièrement, c'est le décalage relativiste vers le rouge de la lumière émise par l'étoile S2 dans le champ de gravitation de Sagittarius A* - un objet dont on sait, sans l'ombre d'un doute, qu'il contient quatre millions de masses solaires environ - qui avait été mis en évidence avec Gravity, confortant la théorie d'Einstein.
Une limite pour la taille minimale d'une orbite stable autour d'un trou noir
Aujourd'hui, tout porte à croire que Gravity a observé des bouffées de rayonnement infrarouge provenant d'équivalents des éruptions solaires mais localisées au niveau de points chauds dans le plasma à hautes températures orbitant très près de l'horizon supposé du trou noir de Kerr, censé être la source radio Sagittarius A*.
Or, si tel est bien le cas, ces points chauds se trouveraient dans de la matière se déplaçant à environ 30 % de la vitesse de la lumière, en environ 45 minutes, sur une orbite circulaire très proche de celle que les astrophysiciens relativistes appellent l'orbite circulaire stable la plus interne (Innermost stable circular orbit ou Isco).
L'orbite circulaire relativiste stable la plus proche possible d'un trou noir en l'occurrence, et qui dépend de la valeur du moment cinétique du trou noir de Kerr en rotation en plus de sa masse. En deçà de cette orbite, c'est la chute vers le trou noir - une prédiction caractéristique de la relativité générale avec ce type d'astre compact - et que l'on ne retrouve pas dans la théorie de la gravitation de Newton.
Les caractéristiques de cette orbite et le rayonnement des points chauds ont été découverts en partie par sérendipité alors que les astrophysiciens étaient avant tout occupés à observer l'étoile S2 (en effet, l'existence de ces paquets de plasma et leur potentiel pour l'étude des trous noirs avaient déjà été étudiés théoriquement depuis des années par Avery Broderick, maintenant à l'Institut Perimeter de physique théorique et à l'Université de Waterloo au Canada, et Avi Loeb de l'Université Harvard).
Cette découverte semble être en parfait accord avec des prédictions déduites de l'existence d'un trou noir avec un espace-temps décrit par la métrique de Kerr, solution des équations d’Einstein de la relativité générale. On peut en déduire la masse du trou noir Sagittarius A*, qui est d'ailleurs compatible avec celle déjà estimée, et en théorie, mais pas encore en pratique, la valeur de son moment cinétique de rotation (il faudra accumuler d'autres observations d'éruptions dans le disque d'accrétion autour du trou noir).
Il s'agirait donc, comme le soulignent avec insistance les auteurs de la découverte en conclusion de leur article, d'une confirmation de la validité de la théorie des trous noirs en plus de l'obtention des observations les plus précises à ce jour de la matière orbitant aussi près d'un trou noir. Ce résultat sera sans doute consolidé dans un futur proche aussi bien grâce à l'étude des ondes gravitationnelles que par les résultats attendus des observations de l'EHT, qui seront complémentaires de celles disponibles avec Gravity et que l'on va continuer à collecter.
Inversement, ces observations pourraient nous montrer que la théorie de la relativité générale doit être remplacée par l'une des nombreuses théories proposées depuis des décennies, pour la prolonger et unifier les lois de la physique, et même que les trous noirs n'existent en fait pas, même si cela semble de plus en plus improbable.
