CONSTRUCTION OF SOLUTIONS TO THE EINSTEIN CONSTRAINT EQUATIONS IN GENERAL RELATIVITY AND COMMENTS ON THE POSITIVE MASS THEOREM
CONSTRUCTION DE SOLUTIONS POUR LES ÉQUATIONS DE CONTRAINTES EN RELATIVITÉ GÉNÉRALE ET REMARQUES SUR LE THÉORÈME DE LA MASSE POSITIVE
Résumé
The aim of this thesis is the study of two topical issues arising from general relativity: finding
initial data for the Cauchy problem with respect to the Einstein equations and the positive mass
theorem.
For the first issue, in the context of the conformal method introduced by Lichnerowicz [Lichnerowicz,
1944], Y. Choquet-Bruhat–J. York [Choquet-Bruhat et York, 1980] and Y. Choquet-Bruhat–J.
Isenberg–D. Pollack [Choquet-Bruhat et al., 2007a], we consider the conformal constraint equations
on compact Riemannian manifolds of dimension n > 3. In this thesis, we simplify the proof
of [Dahl et al., 2012, Theorem 1.1], extend and sharpen the far-from CMC result proven by Holst–
Nagy–Tsogtgerel [Holst et al., 2009], Maxwell [Maxwell, 2009] and give an unifying viewpoint
of these results. Besides discussing the solvability of the conformal constraint equations, we will
also show nonexistence and nonuniqueness results for solutions to the conformal constraint equations
under certain assumptions.
For the second one, we are interested in studying the positive mass theorem on asymptotically
hyperbolic manifolds. More precisely, we prove that positivity of the mass of an asymptotically
hyperbolic manifold is kept under a finite sequence of surgeries of codimension at least 3. As a
consequence, we extend one of main results of Humbert–Hermann [Humbert et Herman, 2014,
Theorem 8.5] to asymptotically hyperbolic manifolds, that is the positivity of the mass holds on
all asymptotically hyperbolic manifolds of dimension n > 5, provided it is so on a single simply
connected non-spin asymptotically hyperbolic manifold of the same dimension.
This thesis is mainly self-contained except for minimum background in Geometric Analysis.
Dans cette thèse nous étudions deux problèmes issus de la relativité générale : la construction
de données initiales pour le problème de Cauchy des équations d’Einstein et le théorème de la
masse positive.
Nous construisons tout d’abord des données initiales en utilisant la méthode dite conforme
introduite par Lichnerowicz [Lichnerowicz, 1944], Y. Choquet-Bruhat–J. York [Choquet-Bruhat
et York, 1980] et Y. Choquet-Bruhat–J. Isenberg– D. Pollack [Choquet-Bruhat et al., 2007a]. Plus
particulièrement, nous étudions les équations –de contrainte conforme– qui apparaissent dans cette
méthode sur des variétés riemanniennes compactes de dimension n > 3. Dans cette thèse, nous
donnons une preuve simplifiée du résultat de [Dahl et al., 2012], puis nous étendons et nous
généralisons les théorèmes de M. Holst–G. Nagy–G. Tsogtgerel [Holst et al., 2009] et de D.
Maxwell [Maxwell, 2009] dans le cas de données initiales à courbure moyenne fortement nonconstante.
Nous donnons au passage un point de vue unifié sur ces résultats. En parallèle, nous
donnons des résultats de non-existence et de non-unicité pour les équations de la méthode conforme
sous certaines hypothèses.
Pour le second problème, nous étudions le théorème de la masse positive sur des variétés
asymptotiquement hyperboliques. Plus précisément, nous montrons que la positivité de la masse
sur une variété asymptotiquement hyperbolique est préservée par les chirurgies de codimension au
moins 3. Par conséquent, nous étendons l’un des résultat principaux de l’article d’E. Humbert et
A. Hermann [Humbert et Herman, 2014] aux variétés asymptotiquement hyperboliques en montrant
que le théorème de la masse positive est vrai sur les variétés asymptotiquement hyperboliques
de dimension n > 5 pourvu qu’il le soit pour une seule variété asymptotiquement hyperbolique
simplement connexe non spin de dimension n.
Cette thèse ne requière aucune connaissance particulière hormis un bagage minimal en analyse
géométrique.
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