S301 n’est pas seulement une nouvelle étoile repérée près du centre de la Voie lactée : sa trajectoire place son mouvement dans une zone où l’effet de la rotation de Sagittarius A* devient, en principe, détectable. L’étoile boucle son orbite en environ 8,7 ans et atteint près de 25 000 km/s lors de son passage le plus proche. Ce dernier passage a eu lieu au début de 2023. C’est la combinaison d’une orbite courte, d’une très forte excentricité et d’une proximité sans précédent parmi les étoiles observées qui en fait un test particulièrement intéressant.
Une trajectoire qui plonge dans la région la plus révélatrice
Les étoiles en orbite autour de Sagittarius A* servent de particules test : leurs positions et leur mouvement renseignent sur le champ gravitationnel du trou noir central. Les observations d’autres étoiles ont déjà permis d’accéder à des effets relativistes dominants, comme le décalage gravitationnel vers le rouge et la précession de Schwarzschild. Pour S301, l’enjeu se déplace vers un effet plus subtil : celui associé à un trou noir en rotation.
La distance au périastre est ici décisive. Selon l’étude, l’influence du spin sur l’espace-temps décroît rapidement avec la distance. S301 passe à environ 12 fois la distance Terre-Soleil de Sagittarius A*, soit à une échelle comparable à la distance entre Saturne et le Soleil. Elle se rapproche ainsi davantage du trou noir que toute autre étoile observée jusqu’ici.
Ce que la rotation change dans le mouvement de l’étoile
Dans le cadre de la relativité générale, la rotation d’un trou noir entraîne l’espace-temps autour de lui. Pour une étoile proche, cette torsion se traduit par une contribution supplémentaire à l’évolution de l’orbite, en plus de la précession de Schwarzschild déjà recherchée autour de Sagittarius A*. La nature de la trajectoire de S301 rend cette contribution liée au spin accessible aux capacités de l’interférométrie proche infrarouge actuelle et de la spectroscopie envisagée avec un télescope extrêmement grand.
Point de méthode : la rotation de Sagittarius A* n’est pas annoncée comme déjà mesurée par S301. Ce qui est établi est la sensibilité directe de son mouvement à cette rotation ; la valeur du spin dépendra de la poursuite des observations et du resserrement de la trajectoire reconstruite.
Une sensibilité observée, une mesure encore à construire
S301 a été détectée au VLTI avec l’instrument GRAVITY. Les données astrométriques ont permis de définir une orbite cohérente à partir de 19 positions. En revanche, l’équipe ne dispose pas encore de sa vitesse radiale : les observations spectroscopiques ERIS citées dans l’étude n’ont pas permis de détecter le continuum ou les caractéristiques spectrales de l’étoile. Cette information manque donc encore pour compléter la description tridimensionnelle de son mouvement.
C’est là qu’intervient MICADO, prévu sur l’Extremely Large Telescope de l’ESO. L’étude indique que sa spectroscopie pourra détecter les caractéristiques spectrales de S301 et en déterminer la vitesse radiale. Associée au suivi astrométrique de GRAVITY+, cette mesure doit permettre de distinguer avec plus de précision les paramètres de l’orbite et l’empreinte attribuable au spin.
2031, puis une série temporelle suffisamment longue
Le prochain passage rapproché est attendu en 2031. L’ESO souligne que le suivi d’au moins deux orbites complètes permettrait de contraindre la trajectoire avec une précision suffisante pour viser une détermination directe de la rotation de Sagittarius A*. L’article de Nature situe la possibilité d’une mesure directe dans l’ordre de la prochaine décennie, sous les hypothèses de ses projections. S301 ne livre donc pas encore un chiffre pour le spin du trou noir : elle fournit la trajectoire rare qui rend cette mesure expérimentalement envisageable.
