Bremsstrahlung gravitationnelle dans l'approche ''worldline'' de la théorie des champs effective

Gravitational Bremsstrahlung in the Worldline Effective Field Theory Approach

• Auteur / Autrice : Massimiliano Maria Riva
• Direction : Filippo Vernizzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 30/09/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de physique théorique (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1982-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Luc Blanchet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francesco Rodolfo Russo, Walter Goldberger, Danièle Steer, Federico Piazza, Brando Bellazzini, Rafael Alejandro Porto
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesco Rodolfo Russo, Walter Goldberger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relativité générale (physique)

Problème à deux corps

Théories effectives des champs

Ondes gravitationnelles

Mots clés libres

Ondes Gravitationnelles

Problème à deux corps

Relativité Générale

Théorie des Champs Effective

Formalisme ''Worldline`

Integration par boucles

Gravitational waves

Two-Body problem

General Relativity

Effective Field Theory

Worldline Formalism

Loop Integration

Résumé

La nécessité d'améliorer la connaissance analytique des ondes gravitationnelles émises par les systèmes binaires d'objets compacts a suscité une activité fervente dans l'étude du problème gravitationnel à deux corps. En particulier, grâce à l'emploi des techniques d'intégration empruntées à la physique des particules, des progrès ont été réalisés dans le cadre post-Minkowskien : étendre la dynamique gravitationnelle dans la constante de Newton G, tout en gardant les vitesses entièrement relativistes. Dans le corps de cette thèse, est étudiée la diffusion classique de deux objets massifs en utilisant une approche worldline de la théorie des champs effectifs dans le cadre post-Minkowskien. Après une introduction qui porte sur les principaux ingrédients de cette méthode et les techniques d'intégration modernes utilisées dans les calculs, notamment les identités d'intégration par parties, l'unitarité inversée et les équations différentielles pour la résolution des integrals de Feynman, on se concentre sur la dérivation des quantités rayonnées pour plusieurs cas de figure. Tout d'abord, sont calculées l'amplitude de l'onde gravitationnelle et la quadri-impulsion émises dans le cas de deux objets massifs ponctuels sans spin, représentent deux trous noirs de Schwarzschild. Ensuite, on étend ces études en incluant les modifications dues à l'influence de la structure interne des composants binaires, comme les effets de marée et de spin, qui sont pertinents pour décrire les étoiles et les trous noirs en rotation.

The need to improve the analytical knowledge of the gravitational waveforms emitted by binary systems of compact objects has sparked a fervent activity in the study of the gravitational two-body problem. In particular, thanks to the use of integration techniques borrowed from particle physics, progresses have been made in the post-Minkowskian framework, which consists in expanding the gravitational dynamics in the Newton constant G, while keeping the velocities fully relativistic. In this thesis, I study the classical scattering of two massive objects using an effective field theory worldline approach in the post-Minkowskian framework. After an introduction on the main ingredients of this method and on the modern integration techniques used in the calculations, such as integration-by-parts identities, reverse unitarity and differential equation for Feynman integrals, I focus on the derivation of radiated quantities for several scenarios. First, I derive the gravitational wave amplitude and the associated emitted four-momentum in the case of two massive point-like spinless objects, describing two Schwarzschild black holes. Then, I extend these studies by including modifications due to the influence of the internal structure of the binary components, such as tidal and spin effects, which are relevant for rotating stars and black holes.