Dynamique des Galaxies : Gravité Newtonienne, Gravité Modifiée
Olivier TIRET
Observatoire de Paris/LERMA
Résumé :
La dynamique des systèmes gravitationnels s'appuie traditionnellement
sur la physique de Newton. Appliquée à l'échelle des galaxies, la
gravitation newtonienne impose l'existence d'une certaine matière,
actuellement invisible : la matière noire. Si ce modèle ($\Lambda$ Cold
Dark Matter) rencontre des succès à grandes échelles, des difficultés
apparaissent à l'échelle des galaxies. Dans ma thèse, j'explore par des
simulations numériques une alternative de la gravitation newtonienne :
MOND (Modified Newtonian Dynamics), où la loi newtonienne de la gravité
est modifiée selon une échelle d'accélération, sans l'intervention de la
matière noire.
Cette expression de la gravitation est non-linéaire et impose une
méthode différente de celle utilisée dans les systèmes avec matière
noire. J'ai écrit un code permettant la résolution des deux modèles de
gravité, ce qui a permis de les comparer. J'ai testé ainsi l'évolution
de galaxies spirales isolées puis en interaction. Ces simulations
modélisent aussi la dissipation du gaz froid et la formation d'étoiles.
Celles-ci ont montré que les galaxies sont moins stables en gravitation
modifiée qu'en gravitation newtonienne, elles forment des barres plus
rapidement. Ces simulations ont aussi révélé des différences importantes
sur les transferts de moment angulaire lors des formations des barres et
sur les effets de friction dynamique qui ralentissent les barres. Ce
travail a permis de réaliser, pour la première fois en gravité modifiée,
des simulations de galaxies en interaction du type des Antennes. Là
encore, les effets de friction dynamique ont un rôle majeur sur la durée
du temps de fusion, plus long en gravitation modifiée. Ceci ouvre des
horizons vers des simulations cosmologiques qui pourraient valoriser un
modèle en analysant la formation hiérarchique des structures à partir
des fluctuations de densité primordiales. Par ailleurs, la modélisation
de la cinématique des galaxies (naines, spirales et elliptiques) est
aussi approfondie. En particulier, l'analyse des courbes de rotation des
galaxies spirales montre que celles-ci peuvent contenir un composant de
gaz moléculaire froid deux fois plus massif que le composant atomique.
