Ecole doctorale de Physique de la région Parisienne (ED107)

2 Introduction
signaux potentiels, est un complément nécessaire à ces expériences à venir. De tels calculs
permettent en effet de faciliter le travail ultérieur d’analyse des données qui, compte tenu
des nombreuses et intenses sources de bruit, sera assez ardu.
Mais ce travail théorique est lui-même très loin d’être aisé et doit souvent faire appel à
des “supercalculateurs” issus de la science moderne. En effet, tout calcul dans le cadre de
la relativité générale revient à la résolution de systèmes d’équations aux dérivées partielles
plus ou moins complexes. Or, de tels systèmes d’équations n’admettent de solutions analytiques
exactes que pour des situations simplifiées. De plus, les éventuelles sources d’ondes
gravitationnelles sont elles-mêmes souvent des objets à la structure très riche et encore
imparfaitement connue. Ainsi, une description qui soit suffisamment précise pour aller
au-delà d’un simple calcul d’ordres de grandeurs passe a priori presqu’inévitablement par
l’emploi d’ordinateurs et de calculs numériques employant des méthodes plus ou moins
sophistiquées.
Parmi les différentes sources astrophysiques possibles d’ondes gravitationnelles, les
étoiles à neutrons isolées ont connu un regain de popularité depuis quelques années. En
effet, on sait depuis longtemps que leurs oscillations sont susceptibles de générer des ondes
gravitationnelles et l’on connaît même depuis les années 70 (grâce à Chandrasekhar, Friedman
et Schutz) un critère (qui est une condition suffisante mais non nécessaire) pour
déterminer si une oscillation est pertinente du point de vue de l’émission de rayonnement
gravitationnel. Mais quelques travaux avaient suffi pour montrer que, pour les modes d’oscillation
qui étaient a priori les plus intéressants, des signaux détectables ne pouvaient
provenir que d’étoiles en rotation si rapide qu’elles seraient presque sur le point de se
disloquer. Ainsi, leur étude avait été en quelques sortes délaissée jusqu’à ce qu’en 1998,
Andersson, Friedman et Morsink prouvent que certains modes d’oscillation des fluides
relativistes, que l’on avait négligés jusque là, pouvaient se révéler très prometteurs. La
principale raison en est que, même s’ils ont des fréquences non-nulles uniquement dans
les fluides en rotation et sont donc sans importance dans une étoile supposée statique, les
modes inertiels axiaux sont instables (via leur couplage au rayonnement gravitationnel)
dans un fluide parfait relativiste, quelque soit sa vitesse de rotation. Aucune contrainte sur
la vitesse de rotation ne provenant d’un critère pour l’émission d’ondes gravitationnelles,
le vrai problème reste (encore aujourd’hui) la pertinence de ce mécanisme d’émission dans
un fluide relativiste en rotation qui existe réellement et n’est donc pas parfait.
Or, les étoiles à neutrons font partie des objets astrophysiques qui vérifient les conditions
nécessaires pour potentiellement être des sources notables d’ondes gravitationnelles
et sont des fluides relativistes en rotation. Cependant, leur structure interne est assez
extrême puisqu’un dé à coudre de la matière qui les compose pèse plus d’une centaine de
millions de tonnes. Ainsi, pour mieux les connaître, pour bien comprendre leur physique
et pour être capable de dire si leurs modes inertiels axiaux sont viables et intéressants
pour l’émission d’ondes gravitationnelles, il est nécessaire de les étudier à la fois du point
de vue de la physique nucléaire et de celui des instabilités de fluides relativistes. De