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Collisions sur ordinateur

Le programme plus rapide pour simuler la formation des planètes a été développé par des scientifiques de PlanetS à l’Université de Zurich. Il est capable de calculer des millions d’orbites et de collisions entre les corps célestes.

La vidéo montre une visualisation en temps réel de 100000 particules test dans le champ gravitationnel de Jupiter simulée avec GENGA.

GENGA2 est le nom du nouvel outil pour étudier la formation des planètes telluriques comme la Terre. «Les simulations informatiques de ce genre nous permettent de suivre les trajectoires des briques de la construction planétaire ainsi que les collisions entre elles », explique Simon Grimm, postdoc à l’Université de Zurich et de Berne et membre de PlanetS. «Les simulations sont nécessaires car il est impossible d’observer l’ensemble du processus de la formation planétaire, les planétésimaux impliqués étant trop petits et trop éloignés.»

GENGA2 est le programme de simulation N-corps, «N» représentant un nombre donné de particules, le plus rapide au monde pour la formation des planètes. En général, les simulations N-corps résolvent les équations du mouvement des «N» des objets sous leurs influences gravitationnelles mutuelles. Cette tâche extrêmement difficile prend beaucoup de temps et peut devenir très coûteuse à réaliser. «Pour calculer les trajectoires planétaires très rapidement nous utilisons la très grande puissance de calcul des Graphics Processing Units, ou unités GPU », explique Simon Grimm.

Les GPU sont normalement utilisées pour le calcul et l’affichage des effets vidéo rapides indispensables aux jeux informatiques les plus réalistes. Elles contiennent des milliers de processeurs individuels optimisés dans ce but, d’où le nom GENGA pour Gravitational Encounters with Gpu Acceleration. Après avoir développé une première version du code, le groupe de Zurich publie maintenant un nouveau document, «GENGA2 est une amélioration de GENGA qui permet un traitement plus efficace des rencontres rapprochées entre les objets célestes», explique Simon Grimm.

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Dans une simulation typique l’ordinateur commence par un ensemble d’environ 2000 planétésimaux totalisant la masse de quelques masses terrestres réparties dans un disque circumstellaire. Suite aux collisions, des objets plus grands se forment, mais en raison de la traînée de gaz certains tombent dans le soleil. Si après un million d’années Jupiter et Saturne se sont formés et ajoutés au système, alors la formation de planètes terrestres s’accélère et se termine après 10 à 50 millions années.

La vidéo montre le processus de formation des planètes terrestres simulé avec GENGA.

En plus d’étudier la formation des planètes, GENGA peut également être utile pour simuler les orbites de nombreux systèmes exoplanétaires et pour vérifier si la configuration reste stable dans le temps. Cela permet de déterminer les paramètres orbitaux des exoplanètes susceptibles de contenir des erreurs et des incertitudes. «Les simulations numériques nous permettent d’étudier la variation statistique dans les systèmes exoplanétaires, le déroulement des impacts et la composition chimique des planètes», explique Simon Grimm. Le groupe fait partie du projet de PlanetS «Laboratoires Numériques» dirigé par Ben Moore, professeur à l’Université de Zurich. (bva)

http://nccr-planets.ch/research/projects/project-6/

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