S301 : l'étoile la plus rapide connue

Une étoile qui fait le tour du trou noir de notre galaxie tous les 8,7 ans, à plus de 8 % de la vitesse de la lumière au plus près

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Étape par étape

Le cœur de la Voie lactée

Autour de lui grouillent les étoiles S, quelques dizaines d'étoiles sur des orbites inclinées et allongées. S2, la plus brillante, met 16 ans à faire le tour. S301, découverte en 2023, fait le tour en moins de 9 ans et vient plus près et plus vite que toute autre étoile connue. Ce qui est mesuré et ce qui est dessiné : les orbites sont celles mesurées ; les lignes, les étiquettes et les étoiles du ciel sont dessinées.

Comment S301 a été découverte

Au centre de la galaxie, un millième de seconde d'arc correspond à environ 8 ua. Un seul grand télescope fond en une seule tache tout ce qui se trouve à moins d'environ 60 millièmes de seconde d'arc. GRAVITY combine la lumière des quatre télescopes du Very Large Telescope Interferometer de l'ESO au Chili, et depuis 2017 l'équipe observe le trou environ 100 heures par an.

Pourquoi elle est en orbite

L'image de Newton : lancez une balle de côté assez fort et elle tombe autour de la Terre au lieu de tomber dessus. La gravité courbe sans cesse la trajectoire de l'étoile vers le trou. Loin, elle avance lentement et retombe ; près, elle va assez vite pour faire le tour et remonter. Rien ne lui enlève d'énergie, alors elle refait le même tour encore et encore.

Sentir la rotation du trou

La théorie d'Einstein dit qu'une masse en rotation entraîne l'espace et le temps avec elle : l'effet Lense–Thirring. Autour de la Terre, il est minuscule ; le satellite Gravity Probe B a mis des années à le mesurer. Près d'un trou noir, il grandit vite à mesure qu'on s'approche, et S301 est la première étoile connue à venir assez près pour que son orbite le montre.

De combien l'orbite tourne indique à quelle vitesse le trou tourne. Mesurer deux orbites complètes, environ dix ans d'observation, devrait suffire. La réponse éclaire la croissance des trous noirs : par une alimentation régulière d'un côté, qui les fait tourner plus vite, ou par beaucoup de petits repas venus de toutes les directions, qui les laissent tourner lentement.

Pourquoi elle n'est pas déchirée

S301 est donc en sécurité : au plus près, la marée ne vaut qu'environ un millième de sa propre attraction, et elle chauffe l'étoile bien trop peu pour compter. Une géante rouge, des centaines de fois plus grande, perdrait ses couches extérieures sur une telle orbite, et une étoile passant à l'intérieur de son rayon de marée serait mise en pièces, comme on le voit dans les éruptions de rupture par effet de marée d'autres galaxies.