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Effets de marée et oscillations au sein des couples d’astres compacts en phase spiralante

par Perot, Loïc
Président du jury Lopez Honorez, Laura
Promoteur Chamel, Nicolas
Publication Non publié, 2024-03-27

Thèse de doctorat

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Résumé :

Les premières détections d’ondes gravitationnelles émises par la coalescence de trous noirs, et plus récemment par celle d’étoiles à neutrons, ont marqué la naissance d’une nouvelle astronomie. Les interféromètres LIGO et Virgo ont notamment permis de suivre l'évolution d'un couple d'étoiles à neutrons lors des dernières orbites de la phase spiralante, fournissant la première mesure de la déformabilité de marée d'une étoile à neutrons. Dans cette thèse, nous étudions les effets de marée et les oscillations dans les astres compacts incluant non seulement les étoiles à neutrons mais également les naines blanches et des astres plus exotiques contenant un cœur de matière de quarks. Tout d’abord, nous montrons que le second coefficient de déformabilité observable d'une étoile à neutrons est pratiquement insensible à la présence de l'écorce ainsi qu'à la présence d'élasticité dans cette dernière. Le rôle des propriétés de la matière dense sur les coefficients de déformabilité gravito-électriques et gravito-magnétiques d’ordres supérieurs est également étudié. Nous montrons que ces coefficients sont sensibles à la raideur de l’équation d’état de la matière pure de neutrons. En revanche, une variation de l’énergie de symétrie de la matière nucléaire n’affecte pas ces résultats. Les conclusions sont identiques concernant l’impact des effets de marée sur le signal gravitationnel. Ensuite, l’impact de la cristallisation du coeur d'une naine blanche sur sa déformabilité est étudiée en relativité générale. Nous montrons que le cœur solide réduit systématiquement et de façon non-négligeable la déformabilité de l’étoile. Le cas des binaires excentriques de naines blanches est investigué. Dans ce cadre, nous montrons que la non prise en compte de l’élasticité peut induire d’importantes erreurs sur les masses individuelles déduites. Finalement, nous nous intéressons aux naines étranges, astres hypothétiques ressemblant aux naines blanches et possédant un cœur de matière de quarks. De nouvelles équations d’état réalistes sont calculées pour l’enveloppe hadronique des naines étranges. Nos modèles prédisent une couche externe contenant des éléments légers comme dans une naine blanche entourant une ou plusieurs autres couches composées d'éléments plus riches en neutrons du fait des captures électroniques. En incluant les incertitudes sur l'équation d'état du coeur de quarks, nous montrons que le rayon d’une naine étrange ne diffère que de quelques pourcents du rayon d’une naine blanche correspondante de même masse. Par contre, le second coefficient de déformabilité observable d’une naine étrange cristallisée calculé en relativité générale diffère suffisamment de celui d'une naine blanche pour permettre la distinction de ces astres par les futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles spatiaux tels que LISA. Enfin, nous montrons que les fréquences propres d’oscillations non-radiales d'une naine étrange sont de façon non négligeable plus élevées que celles d'une naine blanche correspondante de même masse. Nous prouvons également qu'une naine étrange est stable en présence d’une perturbation radiale infinitésimale et montrons l'existence d'une nouvelle branche lorsqu'aucune conversion de matière ne se produit aux interfaces contenues dans l'enveloppe hadronique.