Ecole doctorale de Physique de la région Parisienne (ED107)

20 Relativité générale et ondes gravitationnelles
- en mouvement cohérent (afin que les dérivées temporelles de la densité intégrées sur
l’étoile, et donc les dérivées temporelles des moments multipolaires, ne soient pas
trop faibles).
Dans la nature, on connaît plusieurs objets ou phénomènes vérifiant ces critères. On
peut les classer en fonction de la nature du signal que l’on attend d’eux. On distingue
ainsi :
- le fond stochastique composé d’un rayonnement cosmologique primordial et d’une très
grande distribution aléatoire de sources régulières ;
- les sources éruptives pour lesquelles on a une émission bien localisée dans l’espace et
assez limitée dans le temps (ex. supernovæ) ;
- les sources périodiques qui sont localisées spatialement et ont en plus le bon goût
de durer et d’être régulières. Parmi celles-ci, on trouve les systèmes binaires avant
effondrement et les oscillations d’objets compacts.
La liste qui suit ne se veut absolument pas exhaustive mais seulement illustrative [pour
plus de détails consulter par exemple l’une des références données en début de chapitre
ou encore Bonazzola & Marck (1994)]. Des ordres de grandeur concernant les fréquences
et les amplitudes attendues ainsi que leur pertinence vis-à-vis des détecteurs actuels se
trouvent sur la figure 1.7 en fin de chapitre.
Fond stochastique
L’une des principales prédictions du modèle du Big-bang est l’existence d’un rayonnement
de fond cosmologique à 3 K qui a été mis en évidence par Penzias et Wilson dès 1965.
Ce rayonnement électromagnétique résulte grossièrement du découplage entre la matière
et les photons, et il constitue l’événement le plus ancien dont peuvent témoigner ces derniers.
Mais la soupe primordiale étant composée de nombreux autres ingrédients dont les
énergies caractéristiques sont bien plus élevées, plusieurs d’entre eux ont dû se découpler
du reste beaucoup plus tôt. Et parmi ceux-ci, les gravitons issus de l’ère de Planck (et
les ondes gravitationnelles associées) sont l’une des plus vieilles reliques que l’on puisse
espérer découvrir un jour. Par ailleurs, divers autres objets ou phénomènes cosmologiques
sont susceptibles d’avoir généré des ondes gravitationnelles de manière notable. On peut
citer les transitions de phase prédites par les diverses théories d’interaction (du modèle
standard ou non), l’évolution ultérieure des défauts topologiques (ex. cordes cosmiques)
auxquels elles peuvent avoir donné naissance, ou encore des événements provenant de
scénarios du type pre-Big-bang liés aux théories de supercordes ou autres. A cela s’ajoute
la somme incohérente des émissions de toutes les sources astrophysiques existant dans
l’univers observable.
Malgré le caractère stochastique que présentent toutes ces sources, il convient de noter
qu’elles correspondent à des fréquences bien plus basses que celles des sources astrophysiques
vraiment intéressantes d’un point de vue ondes gravitationnelles et ne sont donc
pas vraiment gênantes. Par exemple, le bruit de fond cosmologique pourra tout au plus