Soutenance de thèse: Mohamed OULD EL HADJ (20 juillet 2016)

Rayonnement des trous noirs en interaction avec des champs bosoniques massifs
 

L’une des prédictions majeures de la théorie de la relativité générale, cette théorie de l’espace-temps et de la gravitation élaborée par Einstein entre 1907 et 1915, est l’existence d’un nouveau type d’ondes, les ondes gravitationnelles, qui sont des vibrations de l’espace-temps. En septembre 2015, soit un siècle après la description théorique de ces ondes, les deux interféromètres laser kilométriques de type Michelson de l’observatoire américain Avanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ont observé pour la première fois leur passage. L’analyse du signal gravitationnel détecté a de plus confirmé l’existence d’une autre prédiction fascinante de la théorie d’Einstein : les trous noirs. En effet, le spectre des résonances d’un trou noir a des caractéristiques très particulières qui induisent une « sonnerie » amortie que l’on peut considérer comme l’empreinte digitale du trou noir (elle encode ses caractéristiques physiques comme sa masse et sa vitesse de rotation…) et cette sonnerie a été observée. 
La relativité générale est une théorie bien établie mais, malgré ses succès, de nombreuses raisons observationnelles et théoriques laissent penser qu’elle n’est peut-être pas une théorie définitive de la gravitation. Du point de vue théorique, la relativité générale ne fournit qu’une description purement classique de la gravitation et, de ce fait, ne rend pas compte de ses aspects quantiques. D’un point de vue expérimental, de nombreuses observations réalisées depuis 1998 viennent transformer radicalement notre vision de la gravitation. Ces observations nous montrent, en particulier et contrairement à ce que la relativité générale semble prédire, que l’Univers est en expansion accélérée. Des modifications de la théorie d’Einstein doivent être inévitablement envisagées. Ainsi, des théories alternatives à la relativité générale ont été récemment proposées afin d’explorer des pistes qui pourront servir de guide à une formulation cohérente et complète de la gravitation. Faire l’hypothèse, par exemple, d’attribuer une masse au graviton, cette particule qui est le médiateur de l’interaction gravitationnelle, en est une.
Le travail que nous avons fait est relatif à l’excitation des trous noirs par des objets compacts et à la modélisation du spectre d’ondes gravitationnelles associé. Ce travail a été réalisé dans l’approximation du point matériel pour décrire l’objet compact et en supposant sa masse très petite devant celle du trou noir. Nous avons étudié l’influence de la masse du graviton sur les réponses des trous noirs et comparé nos résultats à ceux prédits dans le cadre de la théorie d’Einstein. Nous avons mis en évidence des effets inattendus (excitation de résonances d’un nouveau type, sonneries géantes plus ou moins brouillées, effets d’amortissement nouveaux…) qui pourraient être observés par les prochaines générations de détecteurs et qui pourraient trancher en faveur des théories de gravité massive ou confirmer la bonne vieille théorie d’Einstein.    

Mots clés : Rayonnement des trous noirs, champs bosoniques massifs, modes quasi-normaux, modes quasi-liés, formes d’ondes.

 

Résumé scientifique