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La relativité générale et l'astrophysique

Lors de l'étude d'objets astronomiques dans des conditions extrêmes, comme des trous noirs, des étoiles à neutrons ou l'émission d'ondes gravitationnelles, il faut tenir compte des conséquences subtiles de la relativité générale
La relativité générale et l'astrophysique
La théorie de la relativité générale d'Einstein décrit à un niveau fondamental comment la matière et l'énergie interagissent avec la géométrie de l'espace-temps. Elle peut aussi décrire toutes les interactions gravitationnelles aux échelles des étoiles, des galaxies et du cosmos. Dans ce contexte, diverses études portent sur les aspects fondamentaux des interactions gravitationnelles et de leurs implications pour l'astrophysique.

De nouvelles observations précises d'objets compacts (trous noirs et étoiles à neutrons), ainsi que l'avènement de l'astronomie des ondes gravitationnelles, apportent l'occasion unique de fusionner ces travaux indépendants, et de tester à un niveau sans précédent la physique fondamentale par rapport à des observations d'astrophysique. Le projet ASTROGRAPHY (Gravity, fundamental physics and astrophysics: The missing link) avait pour but d'établir une liaison.

Les chercheurs ont conçu un nouveau formalisme théorique pour étudier la déformabilité d'objets compacts relativistes en rotation, dans le cadre de la relativité générale. Ils ont démontré que les nombres de Love d'un trou noir en rotation sont nuls jusqu'au deuxième ordre de la rotation, et calculé pour la première fois les nombres de Love d'une étoile à neutrons en rotation, dans le cadre de la relativité générale. Ces résultats ont d'importantes conséquences pour estimer les effets de la rotation dans le cadre de l'astronomie des ondes gravitationnelles, avec des détecteurs sophistiqués (comme aLIGO, aVIRGO et KAGRA).

Le projet ASTROGRAPHY a étudié de possibles tests de la relativité générale en champs forts, à l'aide d'observations astrophysiques déjà faites ou à venir. La revue Classical and Quantum Gravity a publié sur ce sujet une analyse spécialisée et un numéro spécial, «Black Holes and Fundamental Fields».

Les scientifiques ont étudié l'instabilité super-rayonnante de tous noirs en rotation, en présence de champs de bosons légers. Le chercheur principal a été co-auteur d'une monographie sur ce sujet, publiée par Springer en 2015.

Les résultats de ce projet auront des conséquences sur l'astronomie des ondes gravitationnelles et sur la physique fondamentale. Ils démontrent l'importance des objets compacts pour divers domaines de la recherche, allant de l'astrophysique à la physique des particules.

Le projet a publié neuf articles scientifiques dans de grandes revues, avec une monographie publiée par Springer, une analyse spécialisée et un numéro spécial publiées par Classical and Quantum Gravity, et deux annales de conférence. Tous les programmes développés et utilisés durant le projet sont accessibles ici, et les articles originaux sont disponibles dans la base de données ArXiv.

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Mots-clés

Relativité générale, astrophysique, espace-temps, interactions gravitationnelles, ASTROGRAPHY, nombres de Love