LUTH

Laboratoire Univers et Théories

Relativité et Objets Compacts (Equipe ROC)

01 Tests de la gravitation en champ fort

L’arrivée de nouveaux instruments (GRAVITY, ALMA, ...) apportant une excellente résolution, en particulier pour l’observation du trou noir central de notre galaxie, est une opportunité de tester nos connaissances sur la gravitation. C’est, en effet, la première fois que nous pouvons observer directement le voisinage immédiat d’un trou noir avec possiblement l’image du disque d’accrétion qui l’entoure, ainsi que les trajectoires des étoiles passant près de l’horizon. Il est donc possible de vérifier deux points essentiels dans notre compréhension de la force de gravité : la théorie de la relativité générale, écrite par Albert Einstein en 1915, et le concept même de trou noir.

L’équipe ROC cherche à prévoir les images et les trajectoires des étoiles observées par ces instruments, en supposant d’autres théories pour la gravitation que la relativité générale, ou des modèles alternatifs à celui du trou noir (étoiles bosoniques, gravastars, ...). Cela implique l’utilisation d’outils numériques, comme Gyoto, qui ont été développés au sein de l’équipe, mais sont ouverts à toute la communauté.

02 Ondes gravitationnelles

En liaison avec la relativité générale, une part de l’activité de l’équipe est consacrée à la physique de la matière nucléaire afin de décrire l’intérieur des étoiles à neutrons. Un problème ouvert est la composition et l’équation d’état de cette matière dont la densité dépasse celle du noyau de l’atome. Les nucléons (protons, neutrons) pourraient par exemple y être dissous en quarks. En confrontant les observations avec les prédictions théoriques élaborées au LUTH, on espère ainsi obtenir des informations sur la physique hadronique complémentaires à celles obtenues à l’aide d’accélérateurs de particules. Il s’agit ici d’une contribution de l’astrophysique à la physique fondamentale. Un deuxième type d’objet compact est constitué par les trous noirs. Ils sont étudiés au LUTH en tant que sources d’ondes gravitationnelles (voir ci-dessous), mais aussi par leurs effets sur leur environnement immédiat. Ainsi l’équipe de relativité numérique contribue actuellement à la préparation théorique de l’instrument GRAVITY qui doit être installé sur le télescope géant européen VLT en 2013. Cet appareil va observer le trou noir central de notre galaxie, Sgr A*, avec une résolution comparable à la taille de l’horizon des événements.

03 Objets compacts et supernovas

En liaison avec la relativité générale, une part de l’activité de l’équipe est consacrée aux objets compacts. Ainsi, la physique de la matière nucléaire est utilisée afin de décrire l’intérieur des étoiles à neutrons. Un problème ouvert est la composition et l’équation d’état de cette matière dont la densité dépasse celle du noyau de l’atome. Les nucléons (protons, neutrons) pourraient par exemple y être dissous en quarks. En confrontant les observations avec les prédictions théoriques élaborées au sein de l’équipe, on espère ainsi obtenir des informations sur la physique hadronique complémentaires à celles obtenues à l’aide d’accélérateurs de particules. Il s’agit ici d’une contribution de l’astrophysique à la physique fondamentale. Un deuxième type d’objet compact est constitué par les trous noirs. Ils sont étudiés en tant que sources d’ondes gravitationnelles (voir ci-dessus), mais aussi par leurs effets sur leur environnement immédiat.

La formation de ces astres demeure aussi un problème ouvert en astrophysique : il n’existe pas d’explication complète aujourd’hui à l’explosion des supernovas, pourtant observées depuis l’Antiquité. En effet, certaines de ces explosions extrêmement spectaculaires d’étoiles massives indiquent la transition d’une étoile « normale » vers un objet compact. Récemment, l’équipe s’est mise aussi à étudier ces phénomènes à travers la simulation numérique des explosions (avec le code CoCoNuT), afin de mieux comprendre la formation des étoiles à neutrons et des trous noirs.