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Que voyez-vous sur cette mystérieuse image ? En orange : un nuage de gaz en train d’être englouti par le trou noir central de la Voie Lactée. En bleu figurent les orbites des étoiles proches. Cette simulation illustre le destin du nuage de gaz qui a été observé par des astronomes s’approchant de plus en plus vite du trou noir supermassif. Il s’agit de la toute première observation de ce type d’événement. L’image donne à voir les positions attendues du nuage de gaz et des étoiles en l’année 2021. Les résultats seront publiés dans l’édition du 5 janvier 2012 du journal Nature.

Cette simulation sur ordinateur montre le comportement futur du nuage de gaz qui a été observé s’approchant du trou noir super massif au centre de la Voie lactée. Le trou noir va continuer à accélérer sa vitesse et à l’étirer, comme le montre la vidéo ci-dessous (le nuage figure en orange, l’orbite des étoiles proches, en bleu). À mesure qu’il s’approchera du trou noir, le nuage devrait s’échauffer et des émissions de rayons X sont attendues pour 2013. Credit: ESO/MPE/M.Schartmann

Cela fait 20 ans que l’équipe d’astronomes dirigée par Reinhard Genzel de l’Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrrestre (MPE) observe le mouvement d’étoiles autour du trou noir supermassif situé au centre de notre galaxie [1]. Les astronomes ont utilisé le Très Grand Télescope (VLT) de l’ESO pour faire leur découverte.

Au cours des sept dernières années, la vitesse du nuage a quasiment doublé, atteignant près de 8 millions de km/h. Il se situe sur une orbite très allongée [2] et, à la mi 2013, s’approchera à 40 milliards de kilomètres seulement de "’horizon des événements" du trou noir, soit environ 36 heures-lumière [3]. En termes astronomiques, il s’agit d’une rencontre très étroite avec un trou noir supermassif !

L’énorme attraction gravitationnelle du trou noir entraîne l’accélération et l’étirement du nuage

Cet objet est beaucoup plus froid que les étoiles environnantes (seulement 280 degrés Celsius), et principalement constitué d’hydrogène et d’hélium. Il s’agit d’un nuage poussiéreux de gaz ionisé, dont la masse avoisine les trois masses terrestres. Le nuage brille sous l’effet d’une forte radiation ultraviolette issue des étoiles chaudes environnantes qui peuplent le centre de la Voie Lactée.

La densité actuelle du nuage est beaucoup plus élevée que celle du gaz chaud environnant le trou noir. Mais, à mesure que le nuage se rapproche de l’ogre affamé, la pression externe augmente et va compresser ce nuage. En même temps, l’énorme attraction gravitationnelle du trou noir, dont la masse est quatre millions de fois supérieure à celle du Soleil, va entraîner l’accélération du mouvement du nuage dans sa direction et l’étirement du nuage le long de son orbite.

De la science fiction à la réalité

"Jusqu’à présent, la vision d’un astronaute étiré comme un spaghetti à l’approche d’un trou noir relevait de la seule science-fiction. Nous sommes en train de voir cette fiction devenir réalité pour ce qui concerne le nuage récemment découvert. Il ne va pas survivre à cette aventure", explique Stefan Gillesen (MPE), auteur principal de l’article.

Les bords du nuage sont déjà en train de se disloquer et le nuage devrait se briser complètement d’ici quelques années [4]. Les astronomes visualisent déjà des signes manifestes de l’augmentation de la fragmentation du nuage sur la période 2008 - 2011.

La matière devrait par ailleurs voir sa température augmenter à mesure que le nuage s’approchera du trou noir en 2013 et va probablement émettre des rayons X. L’environnement actuel du trou noir est relativement pauvre. Cet objet devrait donc constituer son principal repas dans les années à venir.

Le nuage semble s’être constitué à partir de jeunes étoiles massives situées à proximité directe, caractérisées par un taux de perte de masse élevé en raison de vents stellaires intenses. De telles étoiles éjectent leur gaz à grande distance. La collision de vents stellaires d’un système d’étoiles doubles en orbite autour du trou noir central a probablement conduit à la formation du nuage.

« Ces deux prochaines années s’annoncent passionnantes. Elles devraient nous fournir de précieuses informations concernant le mouvement de matière autour de ces étonnants objets massifs », conclut Reinhard Genzel.

Notes
[1] Le trou noir situé au centre de la Voie Lactée a été baptisé Sgr A* (lire Sagittarius A étoile). Il s’agit du trou noir supermassif le plus proche de la Terre, et donc le meilleur objet pour mener une étude approfondie des trous noirs. Pour en savoir plus : lire ce communiqué de l’ESO (en anglais).
[2] Les observations ont été menées à l’aide de la caméra infrarouge d’optique adaptative NACO et du spectrographe infrarouge SINFONI, installés sur le Très Grand Télescope de l’ESO au Chili. Le centre de la Voie Lactée se situe derrière d’épais nuages de poussière qui diffusent et absorbent la lumière visible et doivent être observés dans le domaine infrarouge, là où les nuages sont plus transparents.
[3] Une heure-lumière est la distance que la lumière parcourt en une heure. Cela représente un peu plus que la distance qui sépare le Soleil de la planète Jupiter dans le Système solaire. A titre de comparaison, la distance entre le Soleil et l’étoile la plus proche est supérieure à 4 années-lumière. Le nuage passera à moins de dix fois la distance Soleil-Neptune du trou noir.
[4] Cet effet est bien connu en mécanique des fluides et peut être observé lorsque l’on verse du sirop dans un verre d’eau par exemple. Le mouvement du sirop vers le bas sera perturbé et la gouttelette éclatera - ce qui aura pour effet de diluer le sirop dans l’eau.

Plus d’informations
Ces travaux de recherche ont fait l’objet d’un article intitulé "A gas cloud on its way towards the super-massive black hole in the Galactic Centre", par S. Gillessen et al., à paraître dans l’édition du 5 janvier 2012 du journal Nature.

Source :
Le repas d’un trou noir bientôt servi, communiqué de presse du 14 décembre 2011, ESO (Observatoire Européen Austral ). D’autres photos, vidéos et compléments d’information sur cette actualité à découvrir sur le site Internet de l’ESO.

Liens
• L’article dans Nature
• La page web du MPE dédiée au Centre Galactique

Contacts
Thierry Botti, Observatoire Astronomique de Marseille Provence (OAMP)
Courriel: thierry.botti@oamp.fr

Stefan Gillessen, Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Courriel: ste@mpe.mpg.de

Reinhard Genzel, Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Courriel: genzel@mpe.mpg.de

Crédits photographiques :
Simulation of gas cloud after close approach to the black hole at the centre of the Milky Way. Credit : ESO/MPE/Marc Schartmann.
Simulation of gas cloud approaching the black hole at the centre of the Milky Way. Credit: ESO.