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Objectifs de ce travail.

Les ondes gravitationnelles, en tant que perturbation traversée par la lumière, induisent-elles un effet de scintillation et un effet astrométrique sur des sources lumineuses d'arrière plan? Les fronts d'onde optiques véhiculent-ils à l'observateur une information sur l'amplitude des ondes gravitationnelles rencontrées près de leur source d'émission?

Une controverse est amorcée sur le sujet, alimentée entre autre par les articles de Labeyrie (1993), Fakir (1993,1994,1995) , Pogrebenko (1994), Makarov (1995), Faraoni (1992,1996,1997), Kaiser & Jaffe (1997).

Une telle controverse n'est pas nouvelle: la recherche des effets de scintillation produits par des ondes gravitationnelles a une histoire ancienne et mouvementée. Les travaux essenciels qui mirent fin à cette ancienne polémique ont été accomplis par Zipoy (1966), Zipoy & Bertotti (1968) et par Bertotti & Trevese (1972) en réponse aux conclusions erronées de Winterberg (1968) et Bergman (1971). B.Bertotti et D.M.Zipoy ont conclu à l'absence de scintillation gravitationnelle au premier ordre en l'amplitude de l'onde gravitationnelle en relativité générale.

Concernant l'effet astrométrique, les analyses de Fakir (1994,1995) annoncent une possible détection de l'effet astrométrique dû à des ondes gravitationnelles par le futur satellite GAIA, dont la sensibilité devrait atteindre la microseconde d'arc.

J'ai voulu essayer de clarifier cette situation quelque peu confuse. Ce travail est rendu délicat par le fait que le langage utilisé est très différent entre les communautés des astronomes et celle des relativistes, toutes deux impliquées dans ces discussions. De plus, les auteurs se sont intéressés à des configurations différentes: une source de rayonnement gravitationnel proche de la ligne de visée (e.g Labeyrie, Fakir) et un fond cosmologique d'ondes gravitationnelles (e.g Bertotti).

Faraoni (1996) élargit le débat et pose la question de la scintillation par une onde scalaire, dans le cadre des théories monoscalaires-tensorielles, théories qui font l'hypothèse qu'existe dans l'univers un champ d'interaction scalaire de longue portée. Il semble à l'auteur qu'un effet du premier ordre en l'amplitude du champ scalaire, cumulé sur la ligne de visée, puisse alors être attendu.

Après quelques rappels dans la partie B, dont on peut retrouver les éléments dans Landau & Lifchitz (1989), Misner et al. (1973), Will (1993) et Weinberg (1972), j'examine dans la partie C l'effet de scintillation dans le contexte général des théories métriques de la gravitation. Le calcul est détaillé dans le cadre d'une théorie monoscalaire-tensorielle pour un champ scalaire de portée infinie. Les calculs sont menés à l'approximation de l'optique géométrique et des faibles perturbations. La source lumineuse est très éloignée, hors d'atteinte de la perturbation gravitationnelle. Cette hypothèse est cohérente avec l'approximation d'ondes planes pour les ondes électromagnétiques. L'observateur baigne éventuellement dans la radiation gravitationnelle.

La scintillation est composée d'un terme affectant la géométrie du faisceau de rayons lumineux et d'un terme affectant la fréquence du rayonnement électromagnétique.

En relativité générale, conformément aux résultats de Bertotti et Zipoy, l'effet géométrique est absent au premier ordre. Il subsiste cependant un terme spectral. La prise en compte d'un champ scalaire introduit des effets géométriques et spectraux proportionnels à l'amplitude du champ à l'observateur. Ces effets, nouveaux, sont discutés $\S4$ de la partie C.

Dans la partie D, je traite l'effet astrométrique à partir d'une forme analytique des déformations de phase produites par les ondes gravitationnelles émises par un système binaire dans une configuration particulière.

Ensuite, le cas de déformations statiques de phase, produites par une lentille gravitationnelle, est traité par une méthode nouvelle d'analyse. L'effet d'ondes gravitationnelles qui vient se greffer sur l'effet de lentille statique est alors brièvement discuté.

Parallèlement aux travaux mentionnés ci-dessus, un photomètre rapide à une voie, utilisant une diode à avalanche, a été développé à l'observatoire de Haute-Provence. Le développement de l'instrument était motivé par la recherche de l'effet de scintillation gravitationnelle engendré par un pulsar proche de la ligne de visée d'un quasar. Les difficultés techniques de telles observations sont voisines de celles relatives à la détection de la contrepartie optique pulsée d'un pulsar et les tests observationnels, réalisés sur le Crabe, sont analysés dans la partie E.

Le photomètre a été utilisé pour la recherche des oscillations quasi-périodiques (QPO) rapides (0.5Hz) de binaires cataclysmiques de type AM Herculis. Une campagne d'observation de 8 nuits a été menée au mois d'août 1998 avec le télescope de 193cm de l'OHP.


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11/13/1998