Sagittarius A* (Sgr A*) est le trou noir supermassif situé au centre de la Voie lactée, dans la constellation du Sagittaire. Sa masse est estimée à environ 4,1 × 106 masses solaires et son rayon de Schwarzschild est de l’ordre de 17,2 millions de kilomètres. Ce trou noir domine gravitationnellement les mouvements des étoiles et du gaz environnants dans un rayon de plusieurs parsecs, formant ce qu’on appelle le bulbe galactique.
Sgr A* est entouré d’une région dense en étoiles, connue sous le nom de cœur stellaire du bulbe galactique, et d’un disque d’accrétion constitué de gaz chaud et de poussières. Les interactions gravitationnelles et magnétiques dans cette zone produisent des émissions électromagnétiques intenses dans les bandes radio, infrarouge et X. Ce système représente un laboratoire naturel unique pour tester les prédictions de la relativité générale dans des conditions extrêmes et étudier les processus d’accrétion et de relativité gravitationnelle autour d’un trou noir supermassif.
Les propriétés de Sgr A* ont été principalement étudiées par le suivi des orbites d’étoiles proches du centre galactique, observées en infrarouge grâce à des techniques d’optique adaptative et en radio via le Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Des instruments tels que le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO et le Keck Observatory ont permis de mesurer la position et la vitesse de ces étoiles avec une précision de l'ordre du millième d’arcseconde, permettant de déduire la masse et la localisation de Sgr A* avec une grande fiabilité.
Les observations radio et submillimétriques ont révélé un disque d’accrétion très compact, où le gaz et la poussière chauffés par la gravité émettent un rayonnement variable et des éruptions sporadiques. Ces éruptions sont probablement liées à des reconnections magnétiques et à l’instabilité du plasma proche de l’horizon des événements. Les émissions X détectées par les satellites Chandra et XMM-Newton ont permis de suivre la variabilité du rayonnement sur des échelles de quelques minutes à plusieurs heures, fournissant des contraintes supplémentaires sur la dynamique et la densité du gaz entourant Sgr A*.
Des observations complémentaires avec des techniques de spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la composition chimique et la distribution de température du gaz et des étoiles autour du trou noir, donnant des indices précieux sur l’histoire de l’accrétion et sur la formation des étoiles dans le bulbe galactique.
| Propriété | Valeur / Observation | Méthode | Commentaire |
|---|---|---|---|
| Masse | 4,1 × 106 M☉ | Suivi des orbites stellaires proches | Mesure précise de la masse centrale à partir de la gravité exercée sur les étoiles |
| Distance au Soleil | ≈ 8,2 kpc (26 700 années-lumière) | Parallaxe et orbites stellaires | Permet de situer le centre galactique dans la Voie lactée |
| Rayon de Schwarzschild | ≈ 17,2 millions de km | Calcul théorique à partir de la masse | Définit l’échelle de l’horizon des événements |
| Spin (moment angulaire) | Estimation modérée à rapide | Analyse des émissions X et du disque d’accrétion | Influence la dynamique du disque et des étoiles proches |
| Émissions radio et X | Variabilité rapide et éruptions sporadiques | Observations VLBI, VLA, Chandra et XMM-Newton | Indique l’activité du disque d’accrétion et l’interaction plasma-champ magnétique |
| Type de variabilité | Éruptions sporadiques, quasi-périodiques | Photométrie X et IR | Variabilité liée à l’instabilité du plasma proche de l’horizon |
| Vitesse des étoiles proches | Jusqu’à 10 000 km/s | Suivi des orbites stellaires en infrarouge | Permet de contraindre la masse et la distribution gravitationnelle |
| Disque d’accrétion | Compact, chaud et variable | Radio et submillimétrique, spectroscopie IR | Source de rayonnement variable et de heating du plasma |
| Composition chimique du gaz | Hydrogène, hélium, traces de métaux | Spectroscopie infrarouge | Indique l’origine du gaz et les processus chimiques du centre galactique |
| Température du gaz | 1 à 10 millions K dans le disque interne | Spectroscopie X et IR | Haute température du plasma proche de l’horizon |
| Jets ou vents relativistes | Pas de jets puissants observés, vents faibles possibles | Observations radio et submillimétriques | Absence de jets puissants mais présence de vents faibles |
Sources : ESO – Observations du centre galactique, Ghez et al., 2008.
Étudier Sagittarius A* permet de tester les prédictions de la relativité générale d'Albert Einstein (1915) dans un environnement gravitationnel extrême. Les orbites des étoiles proches, la précession de leur trajectoire et la variabilité des émissions radio et X fournissent des contraintes directes sur la métrique de l’espace-temps autour d’un trou noir supermassif.
L’observation de Sgr A* offre une opportunité unique de comprendre les processus d’accrétion et de transfert de moment angulaire, la formation des disques d’accrétion et le comportement du plasma relativiste proche de l’horizon des événements. Elle permet également d’étudier les limites des modèles théoriques sur la masse et le spin des trous noirs, ainsi que leur interaction avec l’environnement stellaire et interstellaire.
Sgr A* influence la dynamique du bulbe galactique et la formation des étoiles dans les environs immédiats. Sa gravité façonne les orbites des étoiles et régule l’accrétion de gaz, fournissant des indices sur l’évolution globale de la Voie lactée. Ces études contribuent aussi à mieux comprendre les mécanismes de co-évolution des galaxies et de leurs trous noirs centraux.
En comparant les observations de Sgr A* avec celles de trous noirs supermassifs dans d’autres galaxies actives, les scientifiques peuvent distinguer les caractéristiques universelles des disques d’accrétion, des jets et des variabilités électromagnétiques, et identifier les particularités liées à la masse et à l’environnement de chaque trou noir.
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La première image d'un trou noir