Statistical mechanics of self-gravitating systems in general relativity

par Giuseppe Alberti

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Pierre-Henri Chavanis.

Soutenue le 17-11-2017

à Toulouse 3 , dans le cadre de École Doctorale Sciences de la Matière (Toulouse) , en partenariat avec Laboratoire de Physique Théorique - IRSAMC (laboratoire) .


  • Résumé

    La mécanique statistique des systèmes auto-gravitants constitue un des plus fascinants et mystérieux champs de recherche. À cause de la nature à longue-portée de la force gravitationnelle, la notion usuelle d'équilibre statistique est modifiée, faisant de cette étude un problème hors-équilibre. Par conséquent, ces systèmes exhibent certaines propriétés particulières comme, par exemple, l'existence de transitions de phase associées à un effondrement gravitationnel. Le travail présenté dans cette thèse a comme but une description détaillée des transitions de phase dans un cadre général relativiste en considérant, en particulier, le cas des fermions auto-gravitants. La thèse est conceptuellement divisée en trois parties, selon le niveau de dégénérescence du système. D'abord, nous focalisons notre attention sur le cas des fermions dégénérés (T = 0), en étudiant en détail l'équilibre gravitationnel. Ensuite, en considérant la limite de haute température (T >> 1), nous montrons l'existence de deux types d'effondrement gravitationnel dans les séries d'équilibre. Enfin, nous explorons le cas général, en illustrant la présence des transitions de phase gravitationnelles, soit dans l'ensemble micro-canonique soit dans l'ensemble canonique.

  • Titre traduit

    Mécanique statistique des sytèmes autogravitants en relativité générale


  • Résumé

    The statistical mechanics of self-gravitating systems constitutes one of the most fascinating and puzzling fields of research. Due to the long-range nature of the gravitational force, the usual notion of statistical equilibrium is modified, making of this study an out-of-equilibrium problem. As a consequence, these systems exhibit some peculiar features such as the occurrence of phase transitions associated with a gravitational collapse. The work presented in this thesis aims at providing a detailed description of the phase transitions in a general relativistic framework by considering, in particular, the case of self-gravitating fermions. The thesis is conceptually divided in three parts, according to the degeneracy level of the system. We firstly focus our attention on the case of degenerate fermions (T = 0), by studying in detail the gravitational equilibrium. Successively, considering the high temperature limit (T >> 1), we show the existence of two kinds of gravitational collapse in the series of equilibria. Finally, we explore the general case, by illustrating the occurrence of the gravitational phase transitions, in both microcanonical and canonical ensembles.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2017 par Université Paul Sabatier [diffusion/distribution] à Toulouse

Statistical mechanics of self-gravitating systems in general relativity


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Informations

  • Sous le titre : Statistical mechanics of self-gravitating systems in general relativity
  • Détails : 1 vol. (229 p.)
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