Beaucoup d'une théorie alternative de la gravité a été imaginée dans le bain, en attendant un bus - ou peut-être autour d'une boisson légère ou deux. Ces jours-ci, il est possible de démystifier (ou autrement) votre propre théorie des animaux de compagnie en prédisant sur papier ce qui devrait arriver à un objet qui orbite étroitement autour d'un trou noir - puis testez ces prédictions par rapport aux observations de S2 et peut-être d'autres étoiles qui orbitent étroitement notre le trou noir supermassif central de la galaxie - censé être situé à la source radio Sagittaire A *.
S2, une étoile brillante de classe spectrale B, est observée de près depuis 1995, période pendant laquelle elle s'est achevée sur une orbite du trou noir, étant donné que sa période orbitale est inférieure à 16 ans. On peut s’attendre à ce que la dynamique orbitale de S2 diffère de ce qui serait prédit par les 3 de Keplerrd la loi de Newton et la loi de gravité de Newton, d’une quantité supérieure de trois ordres de grandeur à la quantité anormale observée sur l’orbite de Mercure. Dans les cas de Mercure et de S2, ces effets apparemment anormaux sont prédits par la théorie de la relativité générale d'Einstein, en raison de la courbure de l'espace-temps causée par un objet massif proche - le Soleil dans le cas de Mercure et le trou noir dans le cas de S2.
S2 se déplace à une vitesse orbitale d'environ 5 000 kilomètres par seconde, soit près de 2% de la vitesse de la lumière. Au périmètre (point le plus proche) de son orbite, on pense qu'il se trouve à moins de 5 milliards de kilomètres du rayon de Schwarzschild du trou noir supermassif, étant la limite au-delà de laquelle la lumière ne peut plus s'échapper - et un point que nous pourrions vaguement considérer comme la surface du trou noir. Le rayon Schwarzschild du trou noir supermassif est à peu près la distance du Soleil à l'orbite de Mercure - et à la périphérie, S2 est à peu près à la même distance du trou noir que Pluton est du Soleil.
On estime que le trou noir supermassif a une masse d'environ quatre millions de masses solaires, ce qui signifie qu'il a peut-être dîné sur plusieurs millions d'étoiles depuis sa formation dans le premier univers - et que S2 ne parvient à s'accrocher à l'existence qu'en raison de son formidable vitesse orbitale - qui la fait tomber, plutôt que de tomber dans le trou noir. À titre de comparaison, Pluton reste en orbite autour du Soleil en maintenant une vitesse orbitale tranquille de près de 5 kilomètres par seconde.
L'ensemble de données détaillées de la position astrométrique de S2 (ascension droite et déclinaison) change au fil du temps - et à partir de là, sa vitesse radiale calculée à différents points le long de son orbite - offre la possibilité de tester les prévisions théoriques par rapport aux observations.
Par exemple, avec ces données, il est possible de suivre diverses caractéristiques non kepleriennes et non newtoniennes de l'orbite de S2, notamment:
- les effets de la relativité générale (à partir d'un référentiel externe, les horloges ralentissent et les longueurs se contractent dans des champs de gravité plus forts). Ce sont des caractéristiques attendues de l'orbite d'un trou noir classique de Schwarzschild;
- le moment de masse quadrapolaire (une façon de tenir compte du fait que le champ gravitationnel d'un corps céleste peut ne pas être tout à fait sphérique en raison de sa rotation). Ce sont des caractéristiques supplémentaires attendues de l'orbite d'un trou noir de Kerr - c'est-à-dire un trou noir avec rotation; et
- la matière noire (la physique conventionnelle suggère que la galaxie devrait se séparer compte tenu de la vitesse à laquelle elle tourne - ce qui conduit à la conclusion qu'il y a plus de masse présente qu'il n'y paraît).
Mais bon, c'est juste une façon d'interpréter les données. Si vous voulez tester des théories alternatives - comme, par exemple, la théorie de l'espace des cordes océaniques - eh bien, voici votre chance.
Lectures complémentaires: Iorio, L. (2010) Effets relativistes classiques et généraux à long terme sur les vitesses radiales des étoiles en orbite autour de Sgr A *.
