Sujet Physique-Chimie — Terminale — Antilles-Guyane — Bac 2014

EXERCICE I. UN TROU NOIR AU CENTRE DE LA GALAXIE (5 points) Document 1 : Un trou noir massif au centre de la galaxie. Depuis plusieurs années les astronomes tournent un regard de plus en plus acéré vers le centre de notre galaxie, soupçonné d’abriter un trou noir extrêmement massif. C’est une technique nouvelle, l’optique adaptative, qui a permis une percée décisive dans ce domaine de recherche. La finesse des images obtenues en infrarouge sur le Very Large Telescope (VLT situé au Chili), équipé du système d’optique adaptative NAOS, a rendu possible la détermination des orbites d’étoiles appartenant à un amas très dense autour du centre galactique. L’orbite d’une étoile particulière a permis de démontrer l’existence d’un trou noir(1) de 3 à 4 millions de masses solaires. Le centre de notre galaxie. Le voyageur qui se dirigerait vers le centre de notre galaxie serait sans doute frappé par la densité des étoiles autour de lui : un million de fois plus grande que dans la région de notre Soleil. Cette densité d’étoiles, il ne la soupçonnait pas quand il levait son regard dans cette direction du ciel, depuis la Terre : un voile opaque de grains de poussière submicroniques lui dissimulait totalement le cœur de la galaxie. En infrarouge cependant, la longueur d’onde devient nettement plus grande que la taille des particules de poussière et les ondes électromagnétiques peuvent se propager plus facilement. La traque du trou noir en infrarouge. Certaines étoiles très proches du centre galactique sont suivies depuis plusieurs années par une équipe internationale. Les premières mesures ont révélé que ces étoiles décrivent des trajectoires elliptiques, ce qui implique effectivement qu’un objet sombre de plusieurs millions de masses solaires doit résider dans un volume très petit au centre de la galaxie. Il s’agissait là d’un premier résultat important. C’est dans la période du printemps et de l’été 2002 que les choses se sont cristallisées. La chance a voulu que d’une part l’une des étoiles surveillées – dénommée S2 – est passée au plus proche du centre de masse durant cette période et que, d’autre part, cette approche s’est faite à une distance remarquablement petite : seulement 17 heures-lumière. Le fait que la trajectoire soit restée purement képlérienne(2) a ainsi permis d’éliminer définitivement toute possibilité que la masse de quelques millions de masses solaires soit sous forme d’un amas dense stellaire sombre. En effet la taille de toutes ces