Cette thématique concerne les interactions fondamentales autres que la gravitation, donc les interactions électromagnétique, faible et forte. La gravitation intense des objets compacts nous fournit des conditions en densité et température extrêmes, très loin des possibilités des expériences terrestres. Ainsi l’étude des ces objets, en particulier les étoiles à neutrons, ainsi que leurs processus de formation dans un effondrement stellaire, permet de sonder les propriétés de la matière (équation d’état) soumise à l’interaction forte sous conditions extrêmes. En plus, les champs magnétiques, observés dans ces objets (magnetars,...) sont très intenses, de l’ordre de 10^15 G à la surface, permettant d’étudier l’effet d’un tel champ magnétique sur la matière. Puis, un signal en neutrinos d’une supernova/hypernova permettrait de donner des contraintes sur les paramètres des neutrinos (masses/angles de mélange) et ainsi le modèle standard électrofaible.

Plus concrètement, les chercheurs au LUTH travaillent sur la modélisation numérique des effondrements gravitationnels des étoiles massives en fin de vie, ainsi que des objets compacts en incluant en plus à la rélativité générale une microphysique la plus réaliste possible. Pour cela, plusieurs codes et bibliothèques numériques sont développés au LUTH, en particulier

• CoCoNuT, hydrodynamique en relativité générale avec méthode de Godunov pour capturer les chocs.

• Lorene, librairie de codes en relativité numérique utilisant des méthodes spectrales, adaptés à la descriptions des objets compacts.

• Kadath, librairie implementant des méthodes spectrales pour une utilisation en physique théorique

• Compose, base de données d’équations d’état à utiliser dans la physique des objets compacts.

Simulation récente effectuée avec CoCoNut par l’équipe au LUTH pour tester l’influence de l’apparition d’hyperons dans la matière dense lors de l’effondrement d’une étoile de 40 masses solaires en fin de vie. L’animation montre la densité (haute en rouge, basse en bleu) et la vitesse (flèches) dans le coeur de l’étoile. L’apparition de fortes densités (orange) marque le rebond et la formation d’un objet compact au centre, qui ensuite se contracte, rapidement car on est en présence d’hyperons lambdas. La convection apparait entre le centre et le choc. La formation du trou noir a lieu à la fin du film en un temps dynamique, trop rapide pour être résolu dans le film.
Référence : "Influence of pions and hyperons on stellar black hole formation"
B. Peres, M. Oertel and J. Novak, Phys. Rev. D 87, 043006 (2013)
http://arxiv.org/abs/1210.7435