Sagittarius A*

Sagittarius A* est le trou noir supermassif au cœur de la Voie lactée — le point immobile autour duquel toute la galaxie, y compris notre Soleil, tourne lentement. Il détient environ 4,3 millions de fois la masse du Soleil, et pourtant tout cela est écrasé dans une région pas plus large que l'orbite de Mercure, à quelque 27 000 années-lumière de distance, en direction de la constellation du Sagittaire.

Son nom (prononcé « Sagittarius A-étoile ») n'a rien à voir avec celui d'une planète : l'astérisque marque la source radio compacte et brillante enfouie à l'intérieur du plus vaste complexe Sagittarius A. En 2022, il devint seulement le deuxième trou noir jamais photographié directement, rejoignant le géant de la galaxie M87 — mais celui-ci se trouve dans notre propre arrière-cour cosmique.

Pas un lieu, mais une frontière

Un trou noir n'a pas de surface. Ce que nous appelons sa « taille » est l'horizon des événements — la frontière à sens unique dont même la lumière ne peut s'échapper. Pour une masse de 4,3 millions de Soleils, cet horizon mesure environ 12,7 millions de km de rayon, soit environ dix-huit fois la largeur du Soleil, et assez petit pour tenir confortablement à l'intérieur de l'orbite de Mercure. Tout ce qui se trouve à l'intérieur nous est caché pour toujours.

Sagittarius A* est un trou noir en rotation, ou trou noir de Kerr. La modélisation de son flux d'accrétion et de ses éruptions de rayons X suggère qu'il pourrait tourner assez vite — les estimations se regroupent dans une fourchette d'environ 0,5 à 0,9 sur un maximum théorique de 1 —, ce qui signifie qu'il entraîne le tissu même de l'espace avec lui, bien que le chiffre exact reste incertain. Il n'a pas de « température » au sens ordinaire, mais le plasma ténu qui spirale autour de lui est chauffé à environ dix milliards de degrés, rayonnant la lumière par laquelle nous pouvons seulement le voir.

La photographie qui a nécessité une planète entière

Le 12 mai 2022, la collaboration Event Horizon Telescope dévoila la première image directe de Sagittarius A* : un anneau orangé lumineux de gaz surchauffé encerclant une ombre centrale sombre. Cette ombre ne s'étend que sur 51,8 microsecondes d'arc dans le ciel — la collaboration compara le défi à repérer un donut à la surface de la Lune.

Aucune antenne unique ne pouvait résoudre quelque chose d'aussi minuscule. À la place, huit observatoires radio dispersés du désert d'Atacama au Chili jusqu'en Espagne, à Hawaï, en Arizona, au Mexique et au pôle Sud furent reliés en un télescope virtuel de la taille de la Terre entière, tous braqués sur le centre galactique durant avril 2017. Le gaz autour de Sgr A* file à une vitesse proche de celle de la lumière et boucle une orbite en quelques minutes seulement, si bien que son apparence scintillait même pendant la collecte des données — l'une des raisons pour lesquelles il fallut cinq années d'analyse supplémentaires par rapport à l'image antérieure de M87.

Des étoiles qui l'ont trahi

Bien avant toute photographie, le trou noir s'était révélé par la gravité. Pendant des décennies, deux équipes — dirigées par Reinhard Genzel en Allemagne et Andrea Ghez aux États-Unis — utilisèrent les plus grands télescopes du monde pour suivre des étoiles individuelles filant autour d'un point invisible au centre galactique. Une étoile, cataloguée S2, file autour de Sgr A* sur une orbite serrée de 16 ans, et en mai 2018, elle passa à environ 18 milliards de km de lui à près de trois pour cent de la vitesse de la lumière.

La lumière de l'étoile fut étirée vers des longueurs d'onde plus rouges en s'extirpant de la gravité du trou noir — un décalage vers le rouge gravitationnel exactement comme le prédit la relativité générale d'Einstein. Ces orbites stellaires suivies pendant des décennies ont permis de fixer la masse à une fraction de pour cent près, et valurent à Genzel et Ghez de partager le prix Nobel de physique 2020, aux côtés de Roger Penrose.

Un monstre étonnamment calme

Pour sa masse, Sagittarius A* est remarquablement calme. Il ne déchiquette pas d'étoiles ni ne libère de rayonnement à l'échelle des quasars ; il n'avale qu'environ un cent-millième de masse solaire de matière chaque année, et une grande partie même de cela est rejetée avant de pouvoir tomber. Comparé aux trous noirs activement nourris des galaxies lointaines, le nôtre est pratiquement en dormance.

Il n'est cependant pas entièrement silencieux. Des télescopes spatiaux tels que Chandra et NuSTAR de la NASA le surprennent régulièrement en train de s'embraser en rayons X — de brefs éclats que l'on pense issus de l'activité magnétique dans le gaz qui tombe vers lui. D'anciens échos de lumière laissent aussi penser que Sgr A* était bien plus actif il y a environ deux siècles.

D'un blip radio à l'ancre galactique

Sgr A* fut découvert les 13 et 15 février 1974 par Bruce Balick et Robert Brown, qui détectèrent une source radio étonnamment compacte au centre galactique à l'aide d'un interféromètre radio à liaison à Green Bank. Brown inventa plus tard le nom — ajoutant l'astérisque pour signaler que la source était « excitante », par analogie avec la notation des atomes excités —, et le nom resta.

Ce faible point radio est aujourd'hui compris comme marquant l'ancre gravitationnelle de la Voie lactée : un moyeu autour duquel orbitent plusieurs centaines de milliards d'étoiles, notre Soleil parmi elles, mettant environ 230 millions d'années à accomplir un seul tour.

Pourquoi vous ne pouvez pas le voir

Contrairement à une planète ou à une comète, Sagittarius A* est impossible à repérer à l'œil. Il se trouve derrière d'épais nuages de poussière interstellaire qui bloquent presque entièrement la lumière visible, ce qui explique pourquoi il fut découvert en ondes radio et est aujourd'hui étudié en radio, en infrarouge et en rayons X plutôt que dans le domaine optique. Ce que vous pouvez faire, c'est regarder vers la constellation du Sagittaire, basse dans le ciel d'été depuis l'hémisphère nord, et savoir que les nuages d'étoiles les plus denses de la Voie lactée y dissimulent, en leur centre même, une ombre de quatre millions de masses solaires qu'il a fallu un télescope de la taille d'une planète pour photographier.