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Article Dans Une Revue Phys.Rev.D Année : 2024

What to expect from scalar-tensor space geodesy

Qu'attendre de la géodésie spatiale sur les théories tenseur-scalaire

Résumé

Scalar-tensor theories with screening mechanisms come with non-linearities that make it difficult to study setups of complex geometry without resorting to numerical simulations. In this article, we use the $\textit{femtoscope}$ code that we introduced in a previous work in order to compute the fifth force arising in the chameleon model in the Earth orbit. We go beyond published works by introducing a departure from spherical symmetry $\unicode{x2014}$ embodied by a mountain on an otherwise spherical Earth $\unicode{x2014}$ as well as by implementing several atmospheric models, and quantify their combined effect on the chameleon field. Building on the numerical results thus obtained, we address the question of the detectability of a putative chameleon fifth force by means of space geodesy techniques and, for the first time, quantitatively assess the back-reaction created by the screening of a satellite itself. We find that although the fifth force has a supposedly measurable effect on the dynamics of an orbiting spacecraft, the imprecise knowledge of the mass distribution inside the Earth greatly curtails the constraining power of such space missions. Finally, we show how this degeneracy can be lifted when several measurements are performed at different altitudes.
Les théories du tenseur-scalaire avec mécanismes d'écrantage présentent des non-linéarités qui rendent difficile l'étude de configurations à géométrie complexe sans recourir à des simulations numériques. Dans cet article, nous utilisons le code femtoscope que nous avons introduit dans un travail précédent afin de calculer la cinquième force apparaissant dans le modèle du caméléon en orbite terrestre. Nous allons au-delà des travaux publiés en introduisant un écart par rapport à la symétrie sphérique — incarné par une montagne sur une Terre par ailleurs sphérique — ainsi qu'en mettant en œuvre plusieurs modèles atmosphériques, et en quantifiant leur effet combiné sur le champ du caméléon. Sur la base des résultats numériques ainsi obtenus, nous abordons la question de la détectabilité d'une cinquième force caméléon supposée au moyen de techniques de géodésie spatiale et, pour la première fois, nous évaluons quantitativement la rétroaction créée par l'écrantage d'un satellite lui-même. Nous constatons que, bien que la cinquième force ait un effet supposément mesurable sur la dynamique d'un engin spatial en orbite, la connaissance imprécise de la distribution de la masse à l'intérieur de la Terre réduit considérablement le pouvoir contraignant de ces missions spatiales. Enfin, nous montrons comment cette dégénérescence peut être levée lorsque plusieurs mesures sont effectuées à différentes altitudes.

Dates et versions

hal-04256905 , version 1 (24-10-2023)

Identifiants

Citer

Hugo Lévy, Joël Bergé, Jean-Philippe Uzan. What to expect from scalar-tensor space geodesy. Phys.Rev.D, 2024, 109 (8), pp.084009. ⟨10.1103/PhysRevD.109.084009⟩. ⟨hal-04256905⟩
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