21/05/19

Mesure de la distance de Sgr A* avec un record de précision


La distance nous séparant du centre de la Galaxie, où réside Sgr A*, vient d'être mesurée avec la meilleure précision à ce jour, à moins de 0,5% près. La collaboration GRAVITY a exploité l'une des étoiles qui passe au plus près du trou noir massif pour déduire cette distance de 8178 parsecs (26 660 années-lumière).




S2 est une étoile qui tourne autour de Sgr A* en 16 ans seulement. Elle est donc animée d'une vitesse non négligeable et on parvient assez facilement à voir son mouvement qui forme une belle ellipse autour d'un objet invisible. Les astronomes peuvent donc mesurer sa vitesse propre en observant où elle se trouve en fonction du temps. Cette vitesse est mesurée en variation angulaire dans le ciel, exprimée en millisecondes d'arc par an.
L'équipe d'astrophysiciens européens de la collaboration GRAVITY exploite l'instrument du même nom installé sur le Very Large Telescope, un spectrographe interférométrique associé à une optique adaptative. Les performances hors du commun de cet instrument permettent à la fois de résoudre les plus de 40 étoiles qui se trouvent dans la zone et d'étudier leur spectre d'absorption ou d'émission. Et qui dit étude de spectres, dit mesure de décalages spectraux, et donc mesure de vitesse radiale (la vitesse de l'étoile dans la direction de visée). Le spectre est décalé vers les longueurs d'ondes plus élevées (rouge) quand l'étoile s'éloigne et vers les longueurs d'ondes plus faibles (bleu) lorsque l'étoile se rapproche.

Les chercheurs ont donc accès à deux mesures indépendantes de vitesse  de l'étoile S2. Mais ces deux vitesses ont un lien : on peut trouver la vitesse propre à partir de la vitesse radiale si on connaît la distance. Autrement dit, on peut calculer la distance si on connaît ces deux valeurs de vitesse. Cette méthode de détermination de la distance est appelée la "méthode de l'orbite".

L'équipe de GRAVITY n'en est pas à son coup d'essai avec l'étoile S2. En 2017, ils avaient déjà réussi à effectuer une mesure directe de la distance séparant l'étoile du trou noir avec une précision de 20 µs d'arc, une précision inouïe. Et il y a exactement un an, vous vous en souvenez peut-être, les astrophysiciens de GRAVITY avaient suivi de très près le passage de S2 à son péricentre, à la recherche de la mesure du redshift gravitationnel induit par la distorsion de l'espace-temps produite par Sgr A*. Ils en avaient profité pour calculer au passage une valeur de la distance Sgr A*-Soleil, R0 = 8122 ± 31 pc, à l'époque la distance la plus précise. La nouvelle valeur publiée aujourd'hui, avec ses erreurs statistique et systématique bien inférieures vaut R0 = 8178 ± 13stat. ± 22sys. pc. 

S2 n'est pas la plus rapide des étoiles qui orbitent autour de Sgr A*, mais la deuxième plus rapide. Parmi la quarantaine qui l'avoisinent, la plus rapide a une période de 13 ans et la plus lente (ou éloignée), plusieurs milliers d'années. Rappelons que le Soleil, à la distance à laquelle il est (26 660 années-lumière, donc, un parsec valant 3,26 années-lumière) met environ 220 millions d'années pour faire le tour de Sgr A*, mais il ne subit pas son effet gravitationnel, a contrario de S2 et ses voisines.
Plusieurs études dans les 15 dernières années avaient déjà mesuré R0 grâce à l'étoile S2, et on peut voir que la distance calculée a pas mal varié d'une étude à l'autre :  R0 = 7940 ± 420 pc en 2003 (Eisenhauer et al.) , R0 = 7620 ± 320 pc en 2005 (Eisenhauer et al. à nouveau),  R0 = 8400 ± 400 pc en 2008 (Ghez et al.), puis  R0 = 8330 ± 350 pc en 2009 (Gillessen), R0 = 7860 ± 140 ± 40 pc en 2016 (Boehle et al.), et enfin R0 = 8320 ± 70 ± 140 pc (Gillessen et al.) l'année dernière.


En recalculant finement l'orbite de S2, les chercheurs en déduisent directement la masse de l'objet sombre autour duquel S2 évolue, la précision est impressionnante 4,152 ± 0.014 millions de masses solaires. On connaît donc la masse de Sgr A* elle aussi à 0,3% près... D'ailleurs, il faut préciser que les astrophysiciens ont fait une hypothèse pour leurs calculs : la véracité de la Relativité Générale. En effet, pour utiliser le décalage spectral dû à la vitesse de l'étoile S2, ils ont eu besoin de soustraire les effets relativistes produits par le trou noir. Ces nouvelles mesures de précision leur ont également offert la possibilité d'améliorer leur évaluation du redshift gravitationnel qu'ils avaient déduite dans leur article de l'année dernière.
Pour finir, les astrophysiciens démontrent un dernier point dans leur étude que publie Astronomy&Astrophysics cette semaine : Sgr A* n'a aucun mouvement propre : il se trouve au repos, exactement au centre du bulbe de notre Galaxie...


Source

A geometric distance measurement to the Galactic center black hole with 0.3% uncertainty
Astronomy&Astrophysics Volume 625 (20 May 2019)
GRAVITY Collaboration


Illustrations

1) Orbites des étoiles autour du centre galactique (ESO/L. Calçada)

2) Evolution des positions des étoiles du groupe S autour de Sgr A* (ESO/MPE)

3) Paramètres de positions et de vitesse de l'étoile S2 (Collaboration GRAVITY)

1 commentaire :

Youx a dit…

Sgr A, c'est le cercle noir sur les dessins?
Il est décentré par rapport au grand axe???