Dynamique gravitationnelle multi-echelle : formation et évolution des systèmes auto-gravitants non isolés

Multiscale gravitationnal dynamics : formation and evolution of non-isolated self-gravitating systems

• Auteur / Autrice : Nicolas Kielbasiewicz
• Direction : Marc Lenoir, Jérôme Pérez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et mathématiques
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Palaiseau, Ecole polytechnique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mathématiques

Gravitation

Mots clés libres

Systèmes auto-gravitants

Résumé

L'objet de cette thèse est l'étude de la formation et des propriétés des systèmes auto-gravitants isolés et non isolés à l'aide de simulations numériques d'effondrements gravitationnels de systèmes à N corps. Dans une première partie, nous synthétisons les principaux résultats analytiques concernant le système d'équations couplées Boltzmann sans collisions - Poisson, qui modélise les systèmes auto-gravitants non collisionnels, et leur extension en présence d'un champ extérieur, ainsi que certaines solutions analytiques. Dans une seconde partie, nous présentons les codes que nous avons utilisés et nous introduisons des notions de calcul parallèle et réparti, certains éléments ayant été parallélisés à l'aide de la bibliothèque d'échange de messages M. P. I. Enfin, dans une dernière partie, nous exposons les différents résultats de nos simulations et leurs analyses. La première partie d'entre eux concerne l'approfondissement de l'étude des conditions initiales nécessaires au déclenchement des instabilités d'Antonov, ainsi que l'étude de la dynamique interne des systèmes auto-gravitants isolés. La seconde partie concerne l'étude de ces systèmes mis en orbites dans un potentiel extérieur, visant à étudier son influence sur le processus de formation des systèmes auto-gravitants par effondrement gravitationnels.

The purpose of this PhD thesis is to study the formation process and properties of self-gravitating systems, isolated or not, using N-body simulations of gravitational collapse. In the first part, we summarize the major analytical results about the collisionless Boltzmann - Poisson coupled system of equations, modelling the dynamics of collisionless gravitational systems. We present a study of the influence of the external potential on these results and of some analytical solutions. In the second part, we present the software we used to perform the simulations and introduce some concepts of data and task parallelism, having some elements parallelized with the M. P. I. Library. In the third and final part, we present the results of the numerical simulations, according to two studies. The first one concerns the complementary study of initial conditions leading to Antonov instability, and the study of internal dynamics of isolated self-gravitating systems. The second one concerns the study of the influence of an external potential to the gravitational collapse process.