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Accueil du site > Cosmologie et Energie Noire > Dynamique des systèmes auto-gravitants

Dynamique des systèmes auto-gravitants

par Sophie Trincaz - 27 septembre

Le modèle standard en cosmologie a connu des succès impressionnants au cours des dernières décennies. Toutefois ces succès - notamment la prévision du spectre des fluctuations de température observées dans le fond diffus cosmique (de rayonnement micro-onde) - concernent surtout le régime « linéaire » de la théorie où les fluctuations de densité sont petites. Il est moins bien établi que le même modèle puisse rendre compte des nombreuses et diverses observations qui contraignent la distribution de matière dans l’univers aux échelles plus petites (en dessous d’environ 10 Mpc) : la physique de l’agrégation de la matière devient fortement non linéaire, et c’est un défi théorique de déterminer de manière fiable les prévisions à confronter avec les observations. La motivation principale pour la recherche du groupe au LPNHE est d’améliorer la compréhension théorique de ce « régime non linéaire » de la formation des structures dans l’univers. Au cours des dernières années, cette recherche s’est centrée sur le cas d’une matière purement gravitante et non-relativiste, approximation valable pour une grande partie de l’évolution de l’univers dans le modèle standard de la cosmologie où la matière dominante est supposée sombre et froide.

Étant donné qu’il s’agit de comprendre le comportement de systèmes auto-gravitants dans la limite d’un très grand nombre de particules, il est naturel d’approcher ce problème dans le cadre de la physique statistique. Dans ce contexte, la gravité partage la difficulté commune à toute interaction à longue portée. Les méthodes standard de la mécanique statistique à l’équilibre ne peuvent notamment pas être utilisées. Les études de « modèles jouets » cherchant à dégager la physique essentielle dans un cadre simplifié ont notamment connu une activité importante ces dernières années. La recherche du groupe LPNHE se place dans le cadre de ces travaux. Elle est ainsi interdisciplinaire entre cosmologie, astrophysique et physique statistique.

La motivation principale pour la recherche théorique du groupe est le problème de la formation des grandes structures de l’Univers. Le défi est de rendre compte systématiquement des observations pertinentes (distribution des galaxies, lentillage faible, CMB etc.) dans le cadre de la cosmologie standard (« Lambda CDM ») ou de ses variantes, et notamment dans le régime « non-linéaire ». L’essentiel de la recherche du groupe porte sur des questions fondamentales théoriques dans ce contexte, et il s’attache notamment à comprendre la dynamique non-linéaire
de la matière purement gravitante et non- relativiste, approximation valable pour une grande partie de l’évolution de l’univers dans le modèle standard. Depuis 2015, plusieurs projets assez différents ont mené à deux résultats particulièrement intéressants : d’un côté l’étude de systèmes gravitants évoluant à partir de conditions initiales « froides »
a permis de mieux comprendre les mécanismes de brisure de symétrie rotationnelle dans la relaxation de ces systèmes ; d’un autre côté, l’étude de modèles simplifiés à une dimension a montré le rôle prédominant qui peut être joué par des perturbations non- gravitationnelles, et notamment dissipatives, même quand celles-ci paraissent faibles.

Contact : Michael Joyce - Tel : +33 1 44 27 72 52

Voir le site du groupe.

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