S301 vient d’arracher le record de l’objet stellaire le plus véloce jamais détecté dans notre galaxie, après avoir plongé vers Sagittarius A*, le trou noir supermassif tapi au cœur de la Voie lactée, et en être ressortie à près de 24 000 km/s, soit environ 8 % de la vitesse de la lumière. À cette allure, un trajet Terre-Lune prendrait à peine seize secondes.
L’étoile a été repérée par une équipe internationale qui traque depuis des années les orbites serrées autour du monstre de quatre millions de masses solaires niché à 26 000 années-lumière de la Terre. Ses prédécesseures dans ce ballet gravitationnel extrême (les célèbres S2 et S4714) avaient déjà permis de vérifier des prédictions de la relativité générale, mais aucune n’avait atteint un tel pourcentage de c. S301 orbite si près du trou noir que les effets relativistes ne sont plus de subtiles corrections… ils deviennent le phénomène dominant.
Le passage au périapse, le point orbital le plus proche de Sagittarius A*, soumet la lumière de S301 à un décalage gravitationnel vers le rouge suffisamment intense pour être mesuré avec les instruments actuels. Ce décalage encode directement la courbure de l’espace-temps dans une zone où la gravité déforme férocement la géométrie, et offre aux physiciens un laboratoire naturel qu’aucun accélérateur terrestre ne pourra jamais reproduire.
Le spin de Sagittarius A* reste l’un des paramètres les plus convoités et les plus difficiles à contraindre en astrophysique galactique. Un trou noir en rotation entraîne l’espace-temps autour de lui (un phénomène baptisé « frame-dragging » ou précession de Lense-Thirring), ce qui modifie la trajectoire des objets qui le frôlent. Une animation de l’ESO montre concrètement comment ce spin devrait déformer l’orbite de S301. L’orbite de S301, justement assez resserrée pour subir cet entraînement, pourrait livrer la première mesure dynamique du moment angulaire du trou noir central, à condition que les astronomes accumulent suffisamment d’observations sur plusieurs passages orbitaux.
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Peut-on réellement distinguer, dans la danse de cette étoile, la signature du spin d’un trou noir parmi le bruit de fond gravitationnel produit par les milliers de corps stellaires environnants ? La difficulté est colossale, mais la vitesse même de S301 joue en faveur des chercheurs. Plus le périapse est court et rapide, plus l’empreinte du « frame-dragging » se concentre dans un arc orbital étroit, donc plus le signal se détache du fond. Les futurs relevés de l’Extremely Large Telescope et du GRAVITY+ devraient multiplier la précision astrométrique par un facteur cinq à dix au cours de la prochaine décennie.
Einstein, un siècle après la publication de la relativité générale, continue d’être testé dans des régimes de gravité qu’il n’aurait probablement pas imaginés observables. Chaque étoile-S découverte plus près de l’horizon repousse la frontière entre physique connue et territoires où une théorie quantique de la gravité pourrait enfin se manifester. S301 n’a pas encore révélé de déviation par rapport aux équations de 1915, ce qui constitue en soi un résultat spectaculaire tant le champ gravitationnel traversé est intense.
La prochaine plongée de S301 vers son périapse sera scrutée avec une batterie d’instruments infrarouges et radio, dans l’espoir de capturer le moindre écart entre trajectoire observée et trajectoire prédite. Si un tel écart apparaît, il faudra déterminer s’il trahit le spin du trou noir ou les prémices d’une physique au-delà d’Einstein. Deux hypothèses vertigineuses, une seule étoile pour trancher.
