Structure et interactions de bulles d'espace-temps en relativité générale

Abstract

Nous analysons des bulles d'espace-temps d'épaisseur finie en relativité générale. Les conditions d'énergie sont utilisées afin d'obtenir un ensemble de critères permettant de restreindre la structure du bord de la bulle. Dans le cas des bulles statiques et à symétrie sphérique, nous obtenons quatre inégalités différentielles équivalentes aux trois conditions d'énergie les plus communes. Nous montrons qu'elles sont équivalentes à un ensemble de deux inégalités différentielles simples lorsque le potentiel gravitationnel effectif a une forme particulière.

Nous paramétrons alors l'espace-temps de manière à rendre la vérification de ces inégalités plus simple lorsqu'il sera question de bulles d'espace-temps. Nous traitons en particulier quatre formes de bulles, toutes caractérisées par un extérieur de type Schwarzschild de Sitter. Nous montrons que notre méthode donne les bons résultats lorsque la limite où l'épaisseur de la bulle tend vers zéro est prise.

Nous terminons par un traitement succinct du problème d'une onde gravitationnelle se propageant dans un nuage de bulles d'espace-temps.

We analyze space-time bubbles of finite thickness in general relativity. We use the energy conditions to restrict their structures. In the case of static, spherically symmetric bubbles, we get a set of four differential inequalities. If the effective gravitational potential is taken of a particular form, we show that they can be further reduced to a set of two differential inequalities.

We then parameterize the bubble's wall in a particular way, simplifying the inequalities, and easing the application of boundary conditions on our solutions. We then treat four different cases of bubbles that all have a Schwarzschild de Sitter exterior. We show that in the limit where the thickness of the bubble's wall goes to zero, we recover the standard results.

Lastly, we treat gravitational waves propagating in a dilute gas of non-interacting space-time bubbles.