Une étoile peut-elle nous montrer l’espace-temps en train de tourner ?

À 26 000 années-lumière de nous, une étoile vient peut-être de nous offrir l’un des plus extraordinaires laboratoires de la relativité générale. Imaginez un instant…

Au centre de notre galaxie se trouve un objet que nous ne pouvons pas voir directement : Sagittarius A*, un trou noir dont la masse équivaut à environ quatre millions de Soleils. Autour de lui gravitent plusieurs étoiles. L’une d’elles, S301, suit une orbite extrêmement allongée qui la conduit à s’approcher tous les 8,7 ans très près du trou noir. À mesure qu’elle plonge vers lui, sa vitesse augmente considérablement, avant qu’elle ne s’en éloigne à nouveau.

Et c’est précisément cette trajectoire que les astronomes observent avec une attention extraordinaire. Car le mouvement de S301 pourrait révéler quelque chose que nous ne pouvons pas voir directement : la manière dont Sagittarius A* déforme — et peut-être entraîne — l’espace-temps autour de lui.

Comment voir une étoile située à 26 000 années-lumière ?

Voilà déjà une première question. Comment peut-on affirmer qu’une petite étoile située au cœur de la Voie lactée se déplace à 25 000 km/s ? Nous ne la voyons évidemment pas traverser le ciel comme un avion. Le centre de notre galaxie est en outre masqué, dans le domaine visible, par d’immenses quantités de poussières interstellaires. La solution : observer notamment dans l’infrarouge.

En août 2026, des astronomes de la collaboration GRAVITY ont annoncé l’identification de S301, grâce à GRAVITY, un instrument exceptionnel installé sur le Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de l’Observatoire européen austral au Chili. Les chercheurs ont ensuite pu retrouver sa trace dans des observations remontant à 2017. Année après année, point après point, une trajectoire apparaît. Et cette trajectoire raconte l’existence de quelque chose que nous ne voyons pas. C’est d’ailleurs ainsi que l’astronomie moderne étudie souvent l’invisible : non pas en regardant directement l’objet recherché, mais en observant ce qu’il fait à ce qui l’entoure.

S301 observée autour de Sagittarius A*. Ces quatre observations réalisées avec GRAVITY montrent l’étoile à différentes étapes de son orbite. Les courbes représentent la trajectoire reconstruite autour du trou noir. Le cercle inférieur indique, à titre de comparaison, la taille de l’orbite de Neptune.
Crédit : ESO/GRAVITY collaboration

Un monstre invisible au centre de notre galaxie

Nous pouvons désormais préciser l’échelle du monstre : Sagittarius A* possède environ 4,3 millions de fois la masse du Soleil. S301 s’en approche à seulement une douzaine de fois la distance séparant la Terre du Soleil. Son orbite est extraordinairement allongée : elle plonge vers le trou noir, accélère prodigieusement puis repart très loin avant de revenir. À notre échelle humaine, douze distances Terre-Soleil semblent gigantesques. À l’échelle d’un trou noir supermassif, c’est remarquablement proche. Et c’est précisément cette proximité qui transforme S301 en laboratoire de physique. Car lorsque la gravitation devient aussi intense et les vitesses aussi importantes, notre intuition newtonienne commence à ne plus suffire. Il faut entrer dans le monde d’Einstein.

Et si la gravitation n’était pas vraiment une force ?

Nous apprenons souvent à l’école que deux masses s’attirent. C’est la vision de Newton, extraordinairement efficace dans la plupart des situations. Einstein propose en 1915 une autre manière de regarder le phénomène. La matière et l’énergie courbent l’espace-temps.

Une planète autour du Soleil ou une étoile autour d’un trou noir ne sont alors plus simplement des objets « tirés » par une force invisible. Elles suivent les trajectoires permises par cette géométrie courbée. C’est déjà vertigineux. Mais avec Sagittarius A*, une étrangeté supplémentaire apparaît. Le trou noir tourne probablement sur lui-même. Et selon la relativité générale, une masse en rotation ne se contente pas de courber l’espace-temps. Elle peut aussi l’entraîner avec elle.

Un trou noir qui entraîne l’espace avec lui

Visualisation artistique d’un trou noir en rotation. L’image ne représente pas directement l’espace-temps : elle permet d’évoquer l’environnement extrême d’un trou noir en rotation. Selon la relativité générale, cette rotation entraîne également les référentiels autour de lui : c’est l’effet Lense-Thirring.
Illustration artistique — image générée par IA.

Imaginez une cuillère tournant lentement dans un liquide épais. Le liquide situé autour de la cuillère commence lui aussi à être entraîné. L’image est imparfaite — l’espace-temps n’est évidemment pas un liquide — mais elle permet d’entrevoir ce que prédit la relativité générale. Autour d’un objet massif en rotation apparaît ce que les physiciens appellent l’effet Lense-Thirring, ou entraînement des référentiels. La rotation du trou noir devrait donc produire une infime modification de l’orbite de S301. Une sorte de signature laissée par la rotation de Sagittarius A* dans sa trajectoire.

Et c’est là que cette petite étoile devient extraordinaire. Son passage est suffisamment proche pour que cet effet puisse devenir mesurable. Les chercheurs espèrent que les observations futures de S301, notamment avec GRAVITY+ et les instruments de l’Extremely Large Telescope, permettront de mesurer plus précisément la rotation du trou noir central. Autrement dit : nous pourrions mesurer la rotation d’un objet invisible en observant les minuscules déformations de la trajectoire d’une étoile.

Einstein, encore …

Voilà plus d’un siècle que la relativité générale est mise à l’épreuve. Et elle résiste.
Les observations d’autres étoiles du centre galactique avaient déjà permis de détecter des effets relativistes comme le décalage gravitationnel vers le rouge et la précession relativiste des orbites (le déplacement progressif de l’orientation de l’orbite au fil des révolutions).

Mais S301 nous conduit plus loin. Dans l’étude scientifique consacrée à sa découverte, les chercheurs distinguent justement les corrections relativistes dominantes déjà accessibles et celles, encore plus faibles, associées à la rotation d’un trou noir. S301 pourrait rendre ces dernières accessibles à l’observation. Et voilà peut-être ce que cette découverte possède de plus fascinant.

Une théorie écrite avec du papier et des équations il y a plus d’un siècle nous permet aujourd’hui de prévoir les mouvements d’une étoile située à 26 000 années-lumière de nous, évoluant autour d’un objet de plusieurs millions de masses solaires.

Albert Einstein au tableau, Pasadena, 1931 — Wikimedia Commons.

Mais alors… qu’est-ce qui tourne réellement ?

La question semble presque naïve. Et pourtant. Lorsque nous disons que Sagittarius A* « entraîne l’espace-temps », de quoi parlons-nous réellement ? L’espace est-il quelque chose ? Le temps est-il quelque chose ? Peut-on déformer ce qui, dans notre intuition quotidienne, n’est que le décor dans lequel les choses existent ? Et si ce décor peut être courbé, déformé et entraîné par la matière, peut-on encore réellement parler de « décor » ?

C’est peut-être ici que S301 devient plus qu’une découverte astronomique. Elle nous oblige à abandonner momentanément nos représentations familières. Nous pensions que les objets se déplaçaient dans l’espace. La relativité nous apprend que l’espace et le temps participent eux-mêmes à l’histoire. Et une petite étoile perdue au centre de notre galaxie pourrait bientôt nous permettre de le mesurer.

Une étoile comme question

Il reste énormément de choses que nous ignorons.

Nous ne connaissons toujours pas directement la vitesse de rotation de Sagittarius A*. Extraire son influence de celle des autres masses présentes autour du centre galactique constitue d’ailleurs un problème expérimental délicat : plusieurs travaux publiés immédiatement après la découverte de S301 étudient précisément comment distinguer les différentes perturbations de son orbite.

Voilà aussi ce qu’est la science. Non pas une collection de certitudes définitives. Mais une manière extrêmement exigeante de poser des questions au réel. Et parfois, le réel nous offre un laboratoire auquel aucun être humain n’aurait jamais pu rêver d’accéder. S301 en est un.

En 2031, lorsqu’elle replongera vers Sagittarius A*, les astronomes regarderont attentivement sa trajectoire. Ils chercheront quelques infimes écarts. Quelques déplacements minuscules. Et derrière ces presque rien se cache une question immense :
Einstein avait-il encore raison ?

Mais une autre question pourrait alors apparaître. Plus vertigineuse encore :

Nous acceptons assez facilement l’idée que le temps « s’écoule ». Nous parlons du passé, du présent, de l’avenir comme si quelque chose avançait inexorablement d’un instant vers le suivant. Et pourtant, nous verrons dans de prochains articles — ou dans les Explorations du Regard de La Voûte Étoilée — que cette intuition elle-même peut être profondément remise en question.

Mais l’espace nous déroute davantage encore. Nous l’imaginons spontanément comme une scène immobile : un contenant dans lequel les étoiles, les planètes et nous-mêmes nous déplaçons. Or la relativité générale nous oblige à envisager quelque chose de beaucoup plus étrange. Ce « décor » peut se courber, évoluer et, autour d’une masse en rotation, participer lui-même à la dynamique de ce qui s’y déplace.

L’espace-temps n’est donc plus simplement la scène sur laquelle se joue l’Univers. Il fait partie de ce qui se joue.

À 26 000 années-lumière de nous, une étoile frôle le trou noir au centre de notre galaxie. Sa trajectoire pourrait bientôt révéler quelque chose d’extraordinaire : la rotation de l’espace-temps lui-même.

Qu’est-ce donc réellement que cet espace-temps dans lequel nous pensions simplement habiter ?

PROLONGER LE REGARD

Certaines découvertes scientifiques apportent des réponses.
D’autres changent surtout les questions que nous pensions savoir poser.

Si ces questions vous donnent envie d’aller plus loin, Le Regard de La Voûte Étoilée propose des Explorations accessibles à tous pour poursuivre le chemin : qu’est-ce que le temps ? Pourquoi la matière nous paraît-elle solide ? Que voyons-nous réellement lorsque nous regardons le monde ? Et jusqu’où notre connaissance nous permet-elle d’aller ?

Prolonger le chemin. Élargir le regard. Approfondir l’expérience.
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