Ecole doctorale de Physique de la région Parisienne (ED107)

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Cette étude traite de différents aspects de la physique des étoiles à neutrons en rotation. La première partie s’intéresse au phénomène des pulsars. L’effet de la superfluidité des nucléons sur le temps de retour à l’équilibre bêta des réactions nucléaires responsables du refroidissement d’un pulsar est étudié. Les calculs présentés sont une première étape vers une modélisation détaillée de l’évolution cinétique et thermique d’un tel objet dont on sait qu’il est composé de nucléons superfluides et que sa déformation, provoquée par son ralentissement, implique une brisure de l’équilibre bêta. Cependant, la majeure partie de ce travail est consacrée aux étoiles à neutrons en rotation en tant que sources d’ondes gravitationnelles. Il est en effet connu que certains de leurs modes d’oscillations (les modes inertiels) sont rendus instables par un couplage rétroactif avec les ondes gravitationnelles qu’ils génèrent. Ce résultat étant obtenu pour l’hydrodynamique linéaire d’un fluide parfait, deux incertitudes majeures persistent : la valeur de l’amplitude de saturation non-linéaire, ainsi que l’impact de la viscosité dans une étoile réelle. Cette thèse présente le premier code hydrodynamique relativiste utilisant les méthodes spectrales écrit pour une étude précise des modes inertiels. La généralisation relativiste de l’approximation anélastique née en physique de l’atmosphère y est introduite. Ce mémoire se conclut par un travail qui sera étendu par la suite dans lequel le couplage des modes inertiels aux modes de gravité est étudié à l’aide d’équations d’état valables hors-équilibre bêta. Ces modes g semblant sensibles vis-à-vis de l’équation d’état, des résultats préliminaires laissent penser que l’observation d’ondes gravitationnelles nées de modes inertiels couplés aux modes de gravité pourrait être très instructive quant à l’équation d’état de la matière nucléaire formant les étoiles à neutrons. Spécialité : Physique Théorique Mots-Clés Relativité générale, Etoiles à neutrons, Hydrodynamique relativiste, Instabilités hydrodynamiques, Modes inertiels, Ondes gravitationnelles, Processus URCA, Superfluidité, Méthodes spectrales, Pulsar. Laboratoire de l’Univers et de ses Théories, Observatoire de Paris-Meudon, 5, place Jules Janssen, 92195 Meudon Cedex France
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Table des matières Résumé v Abst
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TABLE DES MATIÈRES iii 4.5.2 Noise
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Résumé Résumé v Cette étude tr
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Abstract Abstract vii This study de
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Introduction Les sens dont l’a do
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Introduction 3 même, leurs observa
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Chapitre 1 Relativité générale e
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1.1 Relativité générale 1.1.1 Gr
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1.1 Relativité générale 9 La rel
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1.1.3 Tests et prédictions 1.1 Rel
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1.2 Ondes gravitationnelles 1.2.1 E
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y 1.2 Ondes gravitationnelles 15 x
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1.3 Sources d’ondes gravitationne
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1.4 Détection 23 Figure 1.6 - Sens
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¢¡ £ © ¥ ¢¡ £ © ¤ ¢¡ £
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Chapitre 2 Etoiles à neutrons Somm
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2.1 Naissance d’une étoile à ne
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2.1 Naissance d’une étoile à ne
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astre Terre Soleil naine blanche é
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2.2 Structure interne 35 Figure 2.4
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2.2 Structure interne 39 Figure 2.5
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2.2 Structure interne 41 rigidité
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2.2 Structure interne 43 où = h/2
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2.2 Structure interne 45 à des fer
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2.2 Structure interne 47 Type de su
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2.3 Principes de l’évolution d
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est environ 0.7 fois la masse nue 1
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Log 10 (T/10 9 K) 0 -0.5 -1 -1.5 -2
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2.4 Superfluidité et écarts à l
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aboutit à 2.4 Superfluidité et é
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Résultats 2.4 Superfluidité et é
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Chapitre 3 Oscillations stellaires
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3.1 Modes d’une étoile à neutro
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3.1.2 Perturbations 3.1 Modes d’u
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Un mode propre vérifie donc 3.1 Mo
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Ω c /Ω max 1.00 0.98 0.96 0.94
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3.3 Modes inertiels et r-modes 97 F
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P K /P 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 3.3 Mode
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Chapitre 4 Inertial modes in slowly
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4.1 Introduction 105 what is done w
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4.2 Equations and numbers 107 obvio
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or 4.2 Equations and numbers 113 Tv
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4.3 Mass conservation, boundary con
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4.4 Test and calibration of the cod
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4.4 Test and calibration of the cod
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Sp(V θ ) 1 4.4 Test and calibratio
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E(t) / E 0 1.15 1.1 1.05 1 4.4 Test
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Sp(S xx ) S xx 0.1 0 -0.1 4.4 Test
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V r Sp(V r ) 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0
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4.5.1 Modifications 4.5 Differentia
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Sp(V r ) V r 4 2 0 -2 4.5 Different
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4.6 Strong Cowling approximation in
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V θ Sp(V θ ) 10 5 0 -5 -10 4.6 St
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can be written 4.6 Strong Cowling a
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E Polar / E Total 0.05 0.04 0.03 0.
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S xx Sp(S xx ) 0.2 0.1 0 -0.1 4.6 S
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GW emission. 4.8 Acknowledgments 4.
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Chapitre 5 Modes inertiels dans des
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5.1 Etoiles relativistes en rotatio
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Page 215 and 216: Bibliographie 203 Ruoff, J., Stavri
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