Thèse soutenue

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Auteur / Autrice : Claire Cochet Some
Direction : Éric Gourgoulhon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique théorique
Date : Soutenance en 2016
Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LUTH Laboratoire Univers et Théories (Observatoire de Paris - Section de Meudon)
autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Résumé

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Le Centre de notre Galaxie est l'endroit idéal pour observer les effets de fort champ gravitationnel. Bien que l'on suppose généralement que la source radio compacte située en son centre et appelée Sgr A* soit un trou noir en rotation, des modèles alternatifs permettent d'expliquer les observations actuelles. Ce travail considère un de ces autres objects possibles : l'étoile bosonique. Les étoiles bosoniques en rotation sont des solutions numériques du système déquations couplées Einstein-Klein-Gordon, donc ces équations sont ici écrites sous forme 3+1 et un code numérique capable de les résoudre est présenté grâce à la bibliothèque Kadath. Plusieurs types d'étoiles bosoniques sont présentées avec différents potentiels tels que les champs libres, les champs auto-interagissants, des potentiels quartiques et sextiques, et différentes valeurs du nombre rotationnel quantique. Ensuite deux méthodes différentes de comparaison de ces espace-temps à celui de Kerr sont présentés. Le premier consiste à tracer les géodésiques de genre temps dans cette géométrie et à les étudier. Le code de ray-tracing appelé Gyoto a été utilisé pour intérger numériquement les équations géodésiques pour différents types d'étoiles bosoniques. Un type d'orbites particulier a été identifié : celles dont le moment angulaire est nul, elles ont été appelées orbites en "pétales pointus" à cause de leur forme. Ces orbites passent très près du centr et sont qualitativement différentes des orbites autour d'un trou noir de Kerr. Un autre moyen de comparer Kerr à un espace-temps stationnaire, asymptotiquement plat donné sous forme 3+1 est d'utiliser une caractérisation de l'espace-temps de Kerr donnée par le tenseur de Simon-Mars. Ce tenseur a la propriété d'être identiquement nul pour un espace-temps vide et asymptotiquement plat si et seulement si cet espace-temps est localement isométrique à celui de Kerr. L'idée est donc de construire une quantité scalaire, qui est un facteur de qualité invariant, de l'écrire sous forme 3+1 pour pouvoir le calculer grâce à des codes numériques. Calculer cette quantité permet d'obtenir une manière simple de comparer localement n'importe quel espace-temps stationnaire (même non vide et non analytique) à l'espace-temps de Kerr, cela donnant une mesure de sa déviation à Kerr. Comme illustration, ce facteur de qualité invariant est évalué pour des solutions numériques des équations d'Einstein générées par des étoiles bosoniques et des étoiles à neutrons, et pour des solutions analytiques de ces équations telles que l'espace-temps de Curzon-Chazy