Une étude, dont les résultats intitulés «Detection of the gravitational redshift in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole» sont publiés dans la revue Astronomy & Astrophysics, a permis pour la première fois, grâce à des observations conduites avec le VLT de l'ESO, de mettre en évidence les effets de la relativité générale, prédite par Einstein, sur le mouvement d'une étoile passant dans le champ gravitationnel intense de Sagittarius A*, le trou noir super-massif situé au centre de la Voie Lactée. Ces travaux sont le «point d'orgue de 26 années d'observations menées avec les télescopes de l'ESO au Chili» par la Collaboration Gravity.

Rappelons tout d'abord que Sagittarius A^* (Sgr A^*), «situé, au cœur de notre galaxie, à 26 000 années-lumière de la Terre», est un trou noir «d'une masse équivalente à quatre millions de fois celle du Soleil», entouré «d'un amas d'étoiles (les étoiles S) qui atteignent des vitesses vertigineuses lorsqu'elles s'en rapprochent».

Dans ce contexte, la relativité générale qui «décrit l'influence de la matière sur le mouvement des astres», peut s'appliquer en particulier à «l'influence du trou noir sur les étoiles qui l'entourent» de sorte que «les étoiles de Sgr A^* constituent un laboratoire idéal pour tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, celles-ci se trouvant dans le champ gravitationnel le plus intense de la Galaxie».

Avec cet objectif, «trois instruments du VLT, NACO, SINFONI, et plus récemment Gravity, ont permis aux astronomes de suivre une étoile particulière du système de Sgr A^*, nommée S2, avant et après son passage au plus près du trou noir, le 19 mai 2018».

Comme «la précision atteinte par Gravity a été de 50 microsecondes d'angle, soit l'angle sous lequel une balle de tennis posée sur la Lune serait vue depuis la Terre», le mouvement de S2 «a pu être détecté heure par heure au plus près du trou noir». Ainsi «lorsque S2 est passée à seulement 120 fois la distance Terre-Soleil de Sgr A^*, sa vitesse orbitale a atteint 8000 km/s, soit 2,7 % de la vitesse de la lumière», des conditions assez extrêmes «pour que l'étoile S2 subisse les effets de la relativité générale».

Au bout du compte, «les mesures déjà effectuées par NACO et SINFONI couplées à la précision de Gravity pour la position de S2 ont permis aux astronomes de mettre en évidence l'effet de rougissement gravitationnel prédit par la théorie d'Einstein», qui «affecte les sources lumineuses soumises à un champ de gravité, ici celui du trou noir». C'est la première fois que cet effet, qui «se traduit par un décalage de longueur d'ondes, détectées par l'instrument de mesure, vers le rouge», est «mesuré pour le champ gravitationnel d'un trou noir».

Ces résultats, qui «ne peuvent être expliqués par la théorie classique de Newton qui exclut un tel décalage», sont «en parfait accord avec la théorie de la relativité générale» et vont permettre de «mieux comprendre les effets des champs gravitationnels intenses»: en particulier, «la détection des changements de la trajectoire de l'astre sous l'effet de la gravité est attendue dans quelques mois et pourrait apporter des informations sur la distribution de masse autour du trou noir».