S301 bat des records autour du trou noir central de la Voie lactée

La majeure partie du temps, S301 reste relativement loin de Sagittarius A*. Mais lorsqu’elle atteint son périastre, le point le plus proche de son orbite, elle traverse brièvement la région où le champ gravitationnel est le plus intense et accélère brutalement.

À ce moment-là, elle passe à environ 280 rayons gravitationnels du trou noir, soit un peu plus de 12 unités astronomiques — une unité astronomique correspondant à la distance moyenne entre la Terre et le Soleil. Cette séparation est comparable à la distance entre le Soleil et Saturne. S301 s’approche ainsi environ dix fois plus près que l’étoile S2, qui détenait jusqu’ici le principal record autour de Sagittarius A*.

Avec une vitesse maximale d’environ 25 000 km/s, S301 est également l’étoile la plus rapide jamais observée dans la Voie lactée.

Comment S301 a-t-elle été détectée

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La découverte a été rendue possible par GRAVITY, un interféromètre infrarouge installé sur le Very Large Telescope Interferometer de l’Observatoire européen austral, au Chili. L’instrument combine la lumière de plusieurs grands télescopes afin de mesurer avec une très grande précision la position d’objets très proches du centre galactique.

La tâche était particulièrement difficile : S301 est très peu lumineuse et se trouve dans un champ d’étoiles dense et brillant, dominé par l’environnement du centre de la Voie lactée.

Les astronomes ont suivi sa position dans les données de GRAVITY recueillies entre 2023 et 2025, puis ont ajusté une première solution orbitale. Ils ont ensuite utilisé cette solution pour prédire où l’étoile devait se trouver dans des observations plus anciennes. S301 a été retrouvée dans les archives de 2021 et de 2017, ce qui a fortement renforcé l’interprétation selon laquelle cette faible source suit bien l’orbite proposée.

La vitesse radiale de S301 — son mouvement directement vers ou à l’opposé de la Terre — n’a toutefois pas encore été mesurée par spectroscopie. La solution actuelle repose donc principalement sur des mesures très précises de sa position dans le ciel. Les futurs télescopes extrêmement grands devraient permettre de compléter l’orbite en trois dimensions.

Pourquoi la rotation du trou noir pourrait laisser une trace

Selon la relativité générale, un trou noir en rotation ne se contente pas de courber l’espace-temps : il tend aussi à l’entraîner autour de lui. Ce phénomène, appelé entraînement des référentiels ou précession de Lense-Thirring, peut faire lentement tourner le plan orbital d’un objet qui passe à proximité.

S301 est suffisamment proche et son orbite est suffisamment inclinée pour que cette infime modification puisse devenir mesurable. En observant la manière dont son plan orbital et son nœud — le point où l’orbite traverse un plan de référence — se déplacent, les chercheurs pourraient estimer à la fois l’intensité et la direction du spin de Sagittarius A*.

Ce serait une nouvelle étape dans les tests de la relativité générale au centre galactique. Les observations de S2 ont déjà permis de mesurer la précession de Schwarzschild, une rotation de l’orbite provoquée par la masse du trou noir. S301 offrirait cette fois un accès à l’effet associé à sa rotation, et permettrait de confronter les observations à la description d’un trou noir en rotation, connue sous le nom de métrique de Kerr.

Ce que le passage de 2031 pourrait montrer

Une surveillance intensive de S301 autour de son prochain périastre — avec des mesures astrométriques et spectroscopiques — devrait être particulièrement sensible aux petits changements relativistes de son orbite. Elle pourrait donc permettre une première mesure directe du spin de Sagittarius A* par l’effet de Lense-Thirring.

En revanche, déterminer le moment quadrupolaire du trou noir serait beaucoup plus difficile. Cette grandeur décrit une correction plus fine à la structure gravitationnelle liée à la rotation. Pour S301, le signal associé au couple spin-quadrupôle est estimé à seulement environ 4 % de l’effet de Lense-Thirring et est considéré comme négligeable pour cette orbite.

Il est donc prématuré d’affirmer que le passage de S301 en 2031 permettra, à lui seul, de tester le théorème « sans cheveux ». Selon ce principe, un trou noir astrophysique décrit par la relativité générale est entièrement caractérisé par sa masse et son spin ; son moment quadrupolaire doit alors prendre la valeur imposée par ces deux paramètres.

Pour vérifier cette relation avec suffisamment de rigueur, il faudrait probablement observer des étoiles encore plus proches, combiner plusieurs orbites stellaires adaptées ou recourir à une autre méthode de mesure. S301 représente néanmoins une avancée majeure : pour la première fois, une étoile connue pourrait offrir une fenêtre concrète sur la rotation du trou noir central de notre galaxie.