Sagittarius A*

La radiosource Sgr A* est découverte les 13 et 15 février 1974 à l'observatoire de Green Bank[3]. Balick et Brown publient leur découverte le 1^er décembre 1974 dans la revue The Astronomical Journal[4].

La source radio Sagittarius A* est ainsi désignée à la suite de Robert L. Brown qui fut le premier[3] à employer l'abréviation Sgr A* en 1982[5].

Le nom « Sagittarius A* » est composé de « Sagittarius A », qui désigne la région dans laquelle la source radio est située, suivi d'un astérisque. D'après Brown lui-même, l'astérisque dénote que Sgr A* est une « source d'excitation » (en anglais : exciting source) pour la région d'hydrogène ionisé qui l'entoure, l'astérisque étant utilisé en physique atomique, pour noter l'état excité des atomes[3].

En 1982[6], Donald C. Backer (en) et Richard A. Sramek proposent le nom Sgr A(cn) pour objet « compact non thermique » (en anglais : compact non-thermal) du centre galactique[3].

Dans le courant des années 1990 s'est imposée l'idée que nombre de galaxies massives hébergeaient en leur sein un trou noir supermassif. S'il était logique que la Voie lactée ne fasse pas d'exception à cette règle, son trou noir central fut plus difficile à mettre en évidence du fait de sa faible activité électromagnétique, résultant directement de la faible quantité de matière qu'il engloutit à l'heure actuelle. La première preuve consensuelle de l'existence d'un trou noir à l'origine de l'émission radio de Sgr A* fut obtenue à la fin des années 1990, où des observations à suffisamment haute échelle angulaire permirent de résoudre individuellement nombre d'étoiles situées à proximité immédiate du centre géométrique de notre galaxie.

En effet, ces étoiles sont tellement proches du trou noir central qu'elles orbitent autour de lui en quelques décennies, la plus rapide, dénommée S62, effectuant un tour complet autour du trou noir en environ 9,9 ans. Ainsi, il est possible en quelques années d'observation de mettre en évidence la portion d'orbite parcourue pendant cet intervalle de temps et d'en déduire la masse de l'objet central au moyen de la troisième loi de Kepler.

Les mesures obtenues indiquent que l'objet central a une masse de 4,152 ± 0,014×10⁶ masses solaires concentrée dans un rayon ne dépassant pas 1 au[7] - [8]. Un trou noir de cette masse a un rayon de 12,264 millions (± 0,041) de kilomètres[9], soit 18 fois le rayon du Soleil[10]. La distance de cet objet est estimée grâce aux orbites des étoiles S29, S55, S300 et autres : 8 178 ± 13_stat ± 22_sys parsecs[8], soit 26 673 années-lumière (± 42)[11].

Aucune forme de matière connue, autre qu'un trou noir, n'est susceptible d'être aussi comprimée dans un tel espace, tout en étant aussi peu lumineuse.

En 2002, une équipe internationale conduite par Rainer Schödel de l'Institut Max-Planck de physique extraterrestre observe le mouvement de l'étoile S2 proche de Sagittarius A* sur une durée de dix ans et obtient la preuve que Sagittarius A* contient un objet extrêmement massif et compact. Ces observations sont compatibles avec l'hypothèse selon laquelle il contiendrait un trou noir. Par déduction, sa masse est estimée à 3,7 ± 1,5 millions de masses solaires, confinées dans un rayon de moins de 120 unités astronomiques (l'unité astronomique est la distance entre la Terre et le Soleil)[12].

En 2005, l'équipe de Shen Zhi-Qiang, après observation de Sagittarius A* par interférométrie, montre que la radiosource compacte est contenue dans une sphère d'une unité astronomique de rayon[7].

Sagittarius A* imagé par interférométrie en onde radio (Event Horizon Telescope, 2022). Les trois taches sur le disque d'accrétion correspondent à des turbulences[13].

En avril 2017 commencent les observations de Sgr A* par interférométrie par les radiotélescopes constituant l'Event Horizon Telescope, afin de produire une image résolue[N 1] du disque d'accrétion autour du trou noir[14] - [15]. Celle-ci est dévoilée le 12 mai 2022 par l'équipe de l'Observatoire européen austral et est la deuxième image de trou noir obtenue dans l'histoire, après celle de M87*.

Cette observation confirme la masse de 4,152 millions de masses solaires du trou noir[16]. Vu de la Terre, le diamètre du trou noir de Sgr A* est de 20 μas (microsecondes d'arc). Celui de M87* est beaucoup plus massif et plus gros : l'anneau de lumière a un diamètre d'environ 104 milliards de kilomètres alors que le trou noir lui-même, de 6,5 milliards (± 0,7) de masses solaires, a un diamètre de 38,4 milliards (± 4,1) de kilomètres (en comparaison, environ 3,2 fois le grand-axe de l'orbite de Pluton), mais est beaucoup plus lointain de nous que Sgr A*, avec une distance de M87 de 16,757 Mpc (± 2,949), soit 54,65 millions d'années-lumière (± 9,62), soit 5,171 × 10²⁰ km (± 0,919), pour être précis ; ce qui explique que son diamètre apparent — calculable par le quotient du diamètre de l'horizon du trou noir, 38 milliards de km, par cette distance en km, un quotient très petit (7,35 10^-11), quasi identique au sinus ou à la tangente de l'angle, donné en radian, à convertir en seconde d'arc, en divisant par 2 π et en multipliant par 360 x 3600 — est de 15 μas, soit du même ordre de grandeur que pour Sgr A*, alors que la taille de l'anneau lumineux de M87* est de 42 μas et que la taille de l'orbite de Pluton serait de 5 μas. Pour Sgr A* beaucoup plus petit, mais bien plus proche, la comparaison de sa taille apparente de 20 μas peut être faite avec l'orbite de Mercure qui serait de 95 μas.

En juin 2023, une équipe internationale dirigée par Frédéric Marin, astronome de CNRS, présente son observation utilisant le télescope IXPE, selon laquelle est détectée l'existence des rayons X récents dans des nuages moléculaires, qui sont issus d'une explosion de Sagittarius A*, tenue il y 200 ans environ. L'observation des mois de février et de mars 2022 a été combinée avec celle du télescope Chandra et celles qui se trouvent dans les archives. Les chercheurs ont réussi à identifier l'origine, qui n'est autre que Sagittarius A*. Au début du XIX^e siècle, pendant quelques mois, ce trou noir supermassif, très actif, avait englouti le gaz et des poussières. Depuis cet événement, Sagittarius A* se rendort. Ce serait la raison pour laquelle le centre de la Voie lactée est actuellement assez moins lumineux que d'autres trous noirs supermassifs[17] - [18].

Le disque d'accrétion de Sgr A* contient du gaz chaud (à environ 10⁷ K) et du gaz froid (à une température comprise entre 10² et 10⁴ K). En 2019, une première observation de la portion froide du disque de gaz est réussie ; sa température est de 10⁴ K et il est situé à 1 000 au de l'horizon du trou noir[23]. Sa rotation a pu être mise en évidence, ce qui a permis d'estimer sa masse entre 10⁻⁶ M_☉ et 10⁻⁵ M_☉, avec une densité entre 10⁵ et 10⁶ atomes par centimètre cube[23].

• Annonce ESO/EHT du 12 mai 2022 :
  • Articles principaux = série First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results :
    • Article I : The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
    • Article II : EHT and Multi-wavelength Observations, Data Processing, and Calibration
    • Article III : Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
    • Article IV : Variability, Morphology, and Black Hole Mass
    • Article V : Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
    • Article VI : Testing the Black Hole Metric
  • Articles supplémentaires :
    • Article VII : Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data
    • Article VIII : Millimeter Light Curves of Sagittarius A* Observed during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign
    • Article IX : A Universal Power Law Prescription for Variability from Synthetic Images of Black Hole Accretion Flows
    • Article X : Characterizing and Mitigating Intraday Variability: Reconstructing Source Structure in Accreting Black Holes with mm-VLBI