En 2022, la collaboration du Télescope de l’horizon des événements (EHT) a révélé la première image directe de l’ombre entourant l’objet massif situé au cœur de la Voie lactée, communément associé au trou noir supermassif Sagittaire A*. Depuis, cette image a été interprétée comme une preuve presque définitive d’un trou noir d’environ 4,6 millions de masses solaires. Pourtant, une nouvelle étude remet aujourd’hui en cause cette certitude en proposant une alternative surprenante : et si le centre galactique était un noyau de matière noire suffisamment dense pour mimer l’effet gravitationnel d’un trou noir ?
Un noyau de matière noire ultradense
La proposition repose sur l’existence de particules fermioniques hypothétiques de matière sombre, très légères, qui, accumulées à très haute densité, formeraient un noyau compact. Selon ce scénario, ce noyau de matière noire pourrait générer un puits gravitationnel comparable à celui attribué habituellement à un trou noir supermassif.
De plus, les auteurs indiquent que ce modèle reproduit à peu près la masse observée au centre galactique et peut expliquer la dynamique des étoiles proches. Enfin, il pourrait produire un « ombre » observée par courbure gravitationnelle de la lumière similaire à celle capturée par l’EHT, puisque l’image montre l’ombre et non l’objet lui‑même.
Des étoiles à grande vitesse
Parmi les éléments traditionnels en faveur d’un trou noir figurent les trajectoires des « étoiles S », qui orbitent très près du centre et atteignent des vitesses de l’ordre de 30 000 km/s, soit près de 10 % de la vitesse de la lumière. Ces mesures impliquent une masse extrêmement concentrée sur une petite région.
Cependant, la nouvelle étude soutient qu’un noyau de matière noire ultradense peut produire des orbites semblables sans exiger l’existence d’un horizon des événements. En conséquence, une gravité locale très forte n’implique pas nécessairement la présence d’un trou noir au sens classique.
Repenser la structure de la Voie lactée
La proposition remet aussi en question la séparation classique entre l’objet central et l’halo de matière noire enveloppant la galaxie. Dans le modèle dominant, un trou noir occupe le centre tandis que l’halo est une entité distincte. Ici, au contraire, le cœur et l’halo pourraient n’être que deux manifestations d’une même distribution de matière sombre fermionique.
Des indications issues de la troisième publication des données de la mission Gaia montrent un déclin keplérien des vitesses orbitales en périphérie de la galaxie, un comportement que les auteurs jugent plus compatible avec une distribution fermionique continue qu’avec le modèle conventionnel de matière noire froide.
L’épreuve décisive : la boucle photon
Le test crucial concerne la « boucle photon », cet anneau lumineux très précis formé lorsque des photons effectuent plusieurs tours autour d’un objet ultracompact avant de s’échapper ou d’être capturés. Pour un trou noir, la géométrie de cette boucle est étroitement liée à l’existence d’un horizon des événements et présente une signature bien définie.
Dans le scénario du noyau de matière noire, on n’attendrait pas nécessairement une boucle photon identique à celle prévue par la relativité générale pour un trou noir. Ainsi, des observations à plus haute résolution — via des améliorations de l’EHT ou des instruments de pointe sur des télescopes au sol — pourraient révéler de subtiles différences et trancher le débat.
Ce que les prochaines observations devront mesurer
- La forme et la netteté de l’anneau photon autour de Sagittaire A*.
- Des mesures encore plus précises des trajectoires et des décalages gravitationnels des étoiles proches, notamment lors des passages rapprochés.
- La cartographie fine de la distribution de matière sombre au centre galactique, pour vérifier la continuité éventuelle entre noyau et halo.
Ombre et réalité
À l’heure actuelle, les données confirment l’existence d’un champ gravitationnel très intense au centre de la galaxie, mais elles n’établissent pas de façon directe la présence d’un horizon des événements. Le débat scientifique reste donc ouvert : l’objet central pourrait être un trou noir tel que le prévoit la relativité générale, ou bien la manifestation observable d’un noyau de matière noire présentant des propriétés exotiques.
À terme, l’observation d’une boucle photon conforme aux prédictions relativistes renforcerait la thèse du trou noir. À l’inverse, l’identification d’écarts significatifs ouvrirait la voie à une révision profonde de notre compréhension du cœur de la Voie lactée, et à la reconnaissance d’un rôle plus complexe pour la matière sombre.