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L'interprétation théorique des données recueillies suite à des observations du cosmos utilise les mathématiques et la physique. Les théoriciens s'efforcent ainsi de comprendre l'origine, la structure et l'évolution de toutes les composantes célestes, cela à toute échelle. La formation des planètes, des étoiles et des galaxies, les modifications de leurs propriétés sur des périodes de temps très longues, la physique de l'univers dans son ensemble sont parmi les domaines les plus importants de l'astrophysique théorique.
Les modèles mathématiques s'efforcent de représenter le comportement des objets étudiés. La simulation numérique est la transcription de ces modèles en langage informatique. Les résultats obtenus sont testés et confrontés aux observations quand cela est faisable afin d'obtenir une représentation la plus réaliste possible du phénomène astrophysique étudié. Dans le cas contraire, les simulations servent de modèle prédictif et permettent de progresser dans la compréhension d'un phénomène physique.
Approfondir les différents éléments concourant à la description de ce nouvel outil scientifique, est l'ambition de cet ouvrage.