Magister Scientiae - MSc / We investigate the modelling of radio galaxies within a semi-analytic framework in the Millennium Simulation of the Virgo Consortium. The aim is to assess the radio sources contamination of Sunyaev-Zeldovich (SZ) signatures of clusters of galaxies in Cosmic Microwave Background (CMB) experiments. The modelling is also relevant to the Karoo Array Telescope (MeerKAT) and the Square Kilometre Array (SKA) science. The semi-analytical model consists of N-body simulation, the Millennium Run to trace the merger history of dark matter haloes within the Λ Cold Dark Matter (ΛCDM) cosmology and a follow up of the black hole accretion history and Active Galactic Nuclei (AGN) evolution. We study the growth of the supermassive black hole (SMBH) in galaxy centres and determine the black hole mass accretion conversion into radiation. We identify a model which matches observed radio luminosity function. We describe a model of observed sample of radio surveys at a given frequency and a flux density limit to obtain a model of radio luminosity function (space density of radio sources as a function of redshift) that we compare with our simulated data. We determine the redshift distribution of radio galaxies (FRI), blazars and radio quasars (FRII) in the simulation. We focus the modelling on flat spectrum population of blazars since their jets are collimated towards us and thus constitute the most potential contaminants of the CMB. We determine the spatial and density distribution of radio sources in clusters with a virial mass Mvir 2 1014h−1M and then compute the temperature fluctuations and fluxes produced by these cluster radio sources. Our main results include: the model provides a reasonable match within uncertainties with the model obtained by Dunlop & Peacock (1990) [39] using their best fit of radio luminosity function at redshift z . 0:3. The model underestimates the number of radio sources at high redshift z & 1. Radio sources are concentrated around the centre of clusters with a maximum density at r . 0:1r200 where r200 is the radius within which the density is 200 times the critical density. Radio sources are more concentrated in low mass clusters. The model predicts a surface density profile of radio sources with luminosity P 1023 W.Hz−1 at 1.4 GHz (z . 0:06) in agreement with that of Lin & Mohr (2007) [58] at r . 0:1r200 but underestimates the density in the outskirts of the clusters. BL Lacs and FRI radio galaxies produce non negligible contamination at redshift z . 0:1. They produce a mean temperature fluctuation 4:5 K at redshift z 0:01 which can be at the same level as the kinetic SZE signal produced by the cluster. Blazars constitute potential contaminant of the thermal SZ effect at redshift z 1:0 and z 1:5 at 145 GHz where they produce a mean temperature 300 K - 350 K for an average mass of the cluster. / South Africa

Gegenstand dieser Dissertation ist eine umfassende Analyse der Stabilität von Asteroidenbahnen im Edgeworth-Kuiper-Gürtel am Beispiel der 3:5-, 4:7- und der 1:2-Bahnresonanz mit Neptun. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit bildet die Untersuchung der numerischen Berechenbarkeit der Lyapunov-Zeit von Asteroidenbahnen. Ausgehend von einer allgemeinen Beschreibung der bei numerischen Berechnungen auftretenden Rundungs- und Diskretisierungsfehler wird deren Wachstum bei numerischen Integrationen ermittelt. Diese, teilweise maschinenabhängigen, Fehler beeinflussen die berechnete Trajektorie des Asteroiden ebenso wie die daraus abgeleitete Lyapunov-Zeit. Durch Beispielrechnungen mit unterschiedlichen Rechnerarchitekturen und Integrationsmethoden wird der Einfluss auf die erhaltenen Lyapunov-Zeiten eingehend untersucht. Als Maß zur Beschreibung dieser Abhängigkeit wird ein Berechenbarkeitsindex $\kappa$ definiert. Weiterhin wird gezeigt, dass die allgemeine Struktur des Phasenraumes robust gegenüber diesen Änderungen ist. Unter Nutzung dieser Erkenntnis werden anschließend ausgewählte Bahnresonanzen im Edgeworth-Kuiper-Gürtel untersucht. Grundlegende Charakteristika, wie die Resonanzbreiten, werden dabei aus einfachen Modellen abgeleitet. Eine möglichst realitätsnahe Beschreibung der Stabilität wird durch numerische Integration einer Vielzahl von Testkörpern zusammen mit den Planeten Jupiter bis Neptun erreicht. Die erhaltenen Ergebnisse werden dabei mit der beobachteten Verteilung der Asteroiden im Edgeworth-Kuiper-Gürtel verglichen. ---- Hinweis: Beim Betrachten der pdf-Version dieses Dokumentes mit dem Acrobat Reader mit einer Version kleiner 8.0 kann es unter Windows zu Problemen in der Darstellung der Abbildungen auf den Seiten 46, 72, 74, 79 und 86 kommen. Um die Datenpunkte zu sehen ist eine Vergrößerung von mehr als 800% notwendig. Alternativ kann in den Grundeinstellungen der Haken für das Glätten von Vektorgraphiken entfernt werden. / This dissertation presents a comprehensive description of the stability of asteroid orbits in the Edgeworth-Kuiper belt taking the 3:5, 4:7 and 1:2 mean motion resonance with Neptune as example. Further emphasis is given to the numerical computability of the Lyapunov time of asteroids. Starting with a general description of rounding and approximation errors in numerical computations, the growth of these errors within numerical integrations is estimated. These, partly machine-dependent errors influence the calculated trajectory of the asteroid as well as the derived Lyapunov time. Different hardware architectures and integration methods were used to investigate the influence on the computed Lyapunov time. As a measure of this dependence a computability index $\kappa$ is defined. Furthermore it is shown, that the general structure of phase space is robust against these changes. Subsequently, several selected mean motion resonances in the Edgeworth-Kuiper belt are investigated using these findings. Basic properties, like the resonance width, are deduced from simple models. To get a realistic description of the stability, a huge number of test particles was numerically integrated together with the planets Jupiter to Neptune. The obtained results are compared to the observed distribution of asteroids in the Edgeworth-Kuiper belt. ---- Additional information: If the pdf-file of this document is viewed using Acrobat Reader with a version less 8.0 under Windows the figures on page 46, 72, 74, 79 and 86 are shown incomplete. To see the data points a zoom factor larger than 800% is necessary. Alternatively the smoothing of vector graphics should be disabled in the settings of the reader.

Nesta tese estudamos algumas regiões de aparente estabilidade no cinturão de asteróides e no cinturão de Kuiper, analisando a evoluçãao dinâmica dos objetos nessas regiões por intervalos de tempo muito longos, em geral, da ordem da idade do Sistema Solar. Centramos principalmente nossa atenção no estudo das populações de pequenos corpos ressonantes, analisando três exemplos diferentes: a ressonância 2/1 com Júpiter e seu entorno (falha de Hecuba), a ressonância 2/3 com Netuno (Plutinos), e a ressonância 1/1 com Júpiter (Troianos). Atacamos o problema com diferentes ferramentas numéricas e analíticas: integração numérica direta de modelos precisos, modelos estatísticos de caminhada aleatória, modelos semi-analíticos baseados no desenvolvimento assimétrico da função perturbadora, cálculo de expoentes de Lyapunov, análise de freqüências, determinação de elementos próprios e taxas de difusão, etc. Os resultados obtidos permitem elaborar conclusões sobre a possível origem e evolução dinâmica destas populações. / In this thesis, we study some regions of regular motion in the asteroid main belt and in the Kuiper belt. We analyze the dynamical evolution in these regions over time scales of the order of the age of the Solar System. We centered our study on the populations of resonant minor bodies, discussing three examples: the 2/1 mean motion resonance with Jupiter (Hecuba gap), the 2/3 resonance with Neptune (Plutinos), and the 1/1 resonance with Jupiter (Trojans). We attack the problem with several different tools, both analytic and numeric: integration of N-body models, random-walk statistical models, semi-analytical models based on the assymetric expansion of the disturbing function, calculation of the maximum Lyapunov exponent, frequancy analysis, estimates of the diffusion of proper elements, etc. The results allow to draw conclusions about the possible origin of these populations.

No description available.

Le travail réalisé durant cette thèse vise à offrir à un code de simulation en dynamique des dislocations les composantes essentielles pour permettre le passage à l’échelle sur les calculateurs modernes. Nous abordons plusieurs aspects de la simulation numérique avec tout d’abord des considérations algorithmiques. Pour permettre de réaliser des simulations efficaces en terme de complexité algorithmique pour des grandes simulations, nous explorons les contraintes des différentes étapes de la simulation en offrant une analyse et des améliorations aux algorithmes. Ensuite, une considération particulière est apportée aux structures de données. En prenant en compte les nouveaux algorithmes, nous proposons une structure de données pour bénéficier d’accès performants à travers la hiérarchie mémoire. Cette structure est modulaire pour faire face à deux types d’algorithmes, avec d’un côté la gestion du maillage nécessitant une gestion dynamique de la mémoire et de l’autre les phases de calcul intensifs avec des accès rapides. Pour cela cette structure modulaire est complétée par un octree pour gérer la décomposition de domaine et aussi les algorithmes hiérarchiques comme le calcul du champ de contrainte et la détection des collisions. Enfin nous présentons les aspects parallèles du code. Pour cela nous introduisons une approche hybride, avec un parallélisme à grain fin à base de threads, et un parallélisme à gros grain de type MPI nécessitant une décomposition de domaine et un équilibrage de charge.Finalement, ces contributions sont testées pour valider les apports pour la simulation numérique. Deux cas d’étude sont présentés pour observer et analyser le comportement des différentes briques de la simulation. Tout d’abord une simulation extrêmement dynamique, composée de sources de Frank-Read dans un cristal de zirconium est utilisée, avant de présenter quelques résultats sur une simulation cible contenant une forte densité de défauts d’irradiation. / This research work focuses on bringing performances in 3D dislocation dynamics simulation, to run efficiently on modern computers. First of all, we introduce some algorithmic technics, to reduce the complexity in order to target large scale simulations. Second of all, we focus on data structure to take into account both memory hierachie and algorithmic data access. On one side we build this adaptive data structure to handle dynamism of data and on the other side we use an Octree to combine hierachie decompostion and data locality in order to face intensive arithmetics with force field computation and collision detection. Finnaly, we introduce some parallel aspects of our simulation. We propose a classical hybrid parallelism, with task based openMP threads and domain decomposition technics for MPI.

Nesta tese estudamos algumas regiões de aparente estabilidade no cinturão de asteróides e no cinturão de Kuiper, analisando a evoluçãao dinâmica dos objetos nessas regiões por intervalos de tempo muito longos, em geral, da ordem da idade do Sistema Solar. Centramos principalmente nossa atenção no estudo das populações de pequenos corpos ressonantes, analisando três exemplos diferentes: a ressonância 2/1 com Júpiter e seu entorno (falha de Hecuba), a ressonância 2/3 com Netuno (Plutinos), e a ressonância 1/1 com Júpiter (Troianos). Atacamos o problema com diferentes ferramentas numéricas e analíticas: integração numérica direta de modelos precisos, modelos estatísticos de caminhada aleatória, modelos semi-analíticos baseados no desenvolvimento assimétrico da função perturbadora, cálculo de expoentes de Lyapunov, análise de freqüências, determinação de elementos próprios e taxas de difusão, etc. Os resultados obtidos permitem elaborar conclusões sobre a possível origem e evolução dinâmica destas populações. / In this thesis, we study some regions of regular motion in the asteroid main belt and in the Kuiper belt. We analyze the dynamical evolution in these regions over time scales of the order of the age of the Solar System. We centered our study on the populations of resonant minor bodies, discussing three examples: the 2/1 mean motion resonance with Jupiter (Hecuba gap), the 2/3 resonance with Neptune (Plutinos), and the 1/1 resonance with Jupiter (Trojans). We attack the problem with several different tools, both analytic and numeric: integration of N-body models, random-walk statistical models, semi-analytical models based on the assymetric expansion of the disturbing function, calculation of the maximum Lyapunov exponent, frequancy analysis, estimates of the diffusion of proper elements, etc. The results allow to draw conclusions about the possible origin of these populations.

Dans cette thèse, nous étudions l'ensemble des solutions d'équations aux dérivées partielles résultant de modèles d'astrophysique et de biologie. Nous répondons aux questions de l'existence, mais aussi nous essayons de décrire le comportement de certaines familles de solutions lorsque les paramètres varient. Tout d'abord, nous étudions deux problèmes issus de l'astrophysique, pour lesquels nous montrons l'existence d'ensembles particuliers de solutions dépendant d'un paramètre à l'aide de la méthode de réduction de Lyapunov-Schmidt. Ensuite un argument de perturbation et le théorème du Point xe de Banach réduisent le problème original à un problème de dimension finie, et qui peut être résolu, habituellement, par des techniques variationnelles. Le reste de la thèse est consacré à l'étude du modèle Keller-Segel, qui décrit le mouvement d'amibes unicellulaires. Dans sa version plus simple, le modèle de Keller-Segel est un système parabolique-elliptique qui partage avec certains modèles gravitationnels la propriété que l'interaction est calculée au moyen d'une équation de Poisson / Newton attractive. Une différence majeure réside dans le fait que le modèle est défini dans un espace bidimensionnel, qui est expérimentalement consistant, tandis que les modèles de gravitationnels sont ordinairement posés en trois dimensions. Pour ce problème, les questions de l'existence sont bien connues, mais le comportement des solutions au cours de l'évolution dans le temps est encore un domaine actif de recherche. Ici nous étendre les propriétés déjà connues dans des régimes particuliers à un intervalle plus large du paramètre de masse, et nous donnons une estimation précise de la vitesse de convergence de la solution vers un profil donné quand le temps tend vers l'infini. Ce résultat est obtenu à l'aide de divers outils tels que des techniques de symétrisation et des inégalités fonctionnelles optimales. Les derniers chapitres traitent de résultats numériques et de calculs formels liés au modèle Keller-Segel / In this thesis we study the set of solutions of partial differential equations arising from models in astrophysics and biology. We answer the questions of existence but also we try to describe the behavior of some families of solutions when parameters vary. First we study two problems concerned with astrophysics, where we show the existence of particular sets of solutions depending on a parameter using the Lyapunov-Schmidt reduction method. Afterwards a perturbation argument and Banach's Fixed Point Theorem reduce the original problem to a finite-dimensional one, which can be solved, usually, by variational techniques. The rest of the thesis is de-voted to the study of the Keller-Segel model, which describes the motion of unicellular amoebae. In its simpler version, the Keller-Segel model is a parabolic-elliptic system which shares with some gravitational models the property that interaction is computed through an attractive Poisson / Newton equation. A major difference is the fact that it is set in a two-dimensional setting, which experimentally makes sense, while gravitational models are ordinarily three-dimensional. For this problem the existence issues are well known, but the behaviour of the solutions during the time evolution is still an active area of research. Here we extend properties already known in particular regimes to a broader range of the mass parameter, and we give a precise estimate of the convergence rate of the solution to a known profile as time goes to infinity. This result is achieved using various tools such as symmetrization techniques and optimal functional inequalities. The last chapters deal with numerical results and formal computations related to the Keller-Segel model