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Accueil > Recherche > Équipe Physique théorique & Astrophysique > Systèmes dynamiques > Théorie et simulations en dynamiques classiques, semi-classiques et astronomiques

Dynamique symplectique, mécanique céleste et matière noire

Une application symplectique pour décrire la dynamique de la comète de Halley

Nous étions la dynamique chaotique de la comète de Halley à l’aide d’une application symplectique à deux dimensions. Pour ce faire nous avons calculé la fonction de frappe (kick) du système solaire qui correspond au transfert d’énergie à la comète lors de son passage dans le système solaire.

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Section de Poincaré de l’application de Halley générée seulement par la frappe de Jupiter. W : énergie la comète ; x : phase de Jupiter lors du passage de la comète par son périhélie.

Matière noire dans le système solaire et dynamique chaotique

Des chercheurs de l’équipe PhAs et du Laboratoire de Physique Théorique de Toulouse (CNRS/Université de Toulouse) ont calculé la masse de matière noire capturée par le Système Solaire.

Ils ont mis en évidence que la rotation de Jupiter autour du Soleil permet la capture de matière noire provenant du milieu galactique.

Un des plus grands défis posé à l’intelligence humaine est la compréhension de la matière noire. En effet, en faisant l’inventaire de toute la matière que nous observons dans l’Univers, il est impossible d’expliquer le ballet cosmique qu’exécutent entre elles les myriades d’étoiles qui composent les galaxies. Ainsi, il manque près de 90 pour cent de matière pour assurer la cohésion de l’édifice Univers. Cette matière non directement observable, appelée matière noire, baigne dans un flot incessant, le cosmos tout entier et par conséquent notre proche banlieue : le système solaire. C’est pourquoi des chercheurs de l’Institut UTINAM (CNRS/Université de Franche-Comté) et du laboratoire de Physique Théorique de Toulouse (CNRS/Université de Toulouse) ont calculé la quantité de matière noire présente actuellement dans notre système solaire. Cette dernière a été arrachée au flot de matière noire galactique par l’effet de la rotation de Jupiter autour du Soleil.

Les travaux de ces chercheurs du CNRS et des Universités de Franche-Comté et de Toulouse assoient l’importance du chaos dans la capture de matière noire par le système solaire. Cette capture chaotique est due à la combinaison de l’attraction gravitationnelle du Soleil et du mouvement de son plus imposant satellite, la planète Jupiter. Ils ont simulé la dynamique d’un flot de matière noire composé de plus de 1014 particules, soit plus de cent mille milliard de particules traversant le système solaire durant les 4,6 milliards d’années d’existence de celui-ci. Cette prouesse technique a été réalisée à l’aide des supercalculateurs de l’Institut UTINAM et du mésocentre de calcul de Franche-Comté et s’appuie sur une simple application symplectique – l’application obscure (dark map) – dont ces chercheurs ont montré qu’elle décrivait de manière fidèle la dynamique chaotique des particules de matière noire capturées. Ils ont pu calculer la masse de matière noire actuellement prisonnière du système solaire, l’estimant à environ 2x1015 grammes (2 milliards de tonnes) dans un rayon autour du Soleil comparable à l’orbite de la planète Neptune. Cette masse bien qu’étant faible par rapport à la masse du Soleil (2x1033 grammes) représente néanmoins une densité environ 4000 fois plus élevée que la densité de particules de matière noire galactique pouvant être capturée par la relativement lente rotation de Jupiter.

Ces chercheurs ont également déterminé le profil de densité de matière noire dans notre système solaire qui se trouve être similaire à celui trouvé dans les galaxies et dont l’explication physique reste encore mystérieuse. Cette densité de matière noire est représentée sur la figure, les zones les plus claires représentent les lieux où la matière noire est la plus concentrée, c’est le cas notamment à proximité de l’orbite de Jupiter.

La théorie développée par ces deux chercheurs ne s’applique pas qu’au système solaire et prédit, par exemple, que les étoiles gravitant à proximité d’un trou noir peuvent être comparées à des accélérateurs générant des particules de matière noire hypervéloces et même des trous noirs compacts traversant l’Univers à de très grandes vitesses.

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Distribution de la densité de matière noire dans le plan perpendiculaire à l’orbite de Jupiter (colonne de gauche) et dans le plan de l’orbite de Jupiter (colonne de droite). Sur chaque vignette, le Soleil se situe au centre. Les régions représentées dans les vignettes du haut ont pour côté 12 rayons de l’orbite de Jupiter. Les vignettes du bas sont des agrandissements (3x) des vignettes du haut.

Contacts : José Lages ; Guillaume Rollin