Conformal thin-sandwich puncture initial data for boosted black holes
我们应用穿刺方法共形薄三明治黑洞的初始数据。数值求解了具有非零线动量的单个黑洞的共形薄夹层穿刺（CTSP）方程。我们发现，共形平坦的解决方案，提高黑洞具有相同的最大引力辐射的内容，相应的Bowen-York解决方案中的共形transverse-traceless分解。我们发现这些数据的物理性质与自由切片参数无关。
2005-05-23 gr-qc
Comments on Bona-Masso type slicing conditions in long-term black hole evolutions
我们一般性地审查为什么时间无关的终态可以达到黑洞和塌缩模拟，切除和不切除。我们将Bona-Masso切片条件下的Killing态沿着切片的法线（“BMn”）的时间导数作为切片上的混合椭圆/双曲微分方程的解。我们数值计算表明，这些稳定的状态可以达到从典型的初始数据与切除的最终状态，但可以达到穿刺方法，只有当穿刺是不是数值上很好地解决。在演化过程中，BMn切片往往形成规范激波。这可能是因为这些在当前的3D模拟中看不到，只是因为缺乏分辨率，尽管我们希望可以小心避免它们。最后，我们指出，切除与BMn目前实施的是不适定的，因此预计不会收敛，这是可以治愈的。在技术附录中，我们导出了固定时空上纯规范系统的方程，并将BSSN/NOR方程转化为适用于多坐标片或球极坐标的三维张量形式。
2007-07-05 gr-qc
Wormholes and trumpets: the Schwarzschild spacetime for the moving-puncture generation
我们扩大我们以前的分析数值移动穿刺模拟的史瓦西时空。我们提出了一个推导家庭的解析固定1+日志叶理的史瓦西解，并概述了变换到各向同性的坐标。我们详细讨论了标准史瓦西穿刺数据的数值演化，和新的时间无关的1+日志数据。最后，我们证明了移动穿刺方法可以找到适当的固定几何形状在一个强大的方式时，数值代码交替两种形式的1+日志切片在模拟过程中。
2008-04-06 gr-qc
Analytical Representation of a Black Hole Puncture Solution
"移动穿刺“技术使双黑洞的数值模拟取得了巨大的进步。Hannam等人最近证明，对于通常用于移动穿刺模拟的合适规范条件，单个黑洞的演化导致了众所周知的与时间无关的史瓦西最大切片。他们在各向同性坐标数值构造相应的解决方案，并证明其有用性，例如，用于测试和校准采用移动穿刺技术的数值代码。在这份简报中，我们指出，这个解决方案也可以解析地构造，使其作为数值代码的测试用例更加有用。
2007-01-05 gr-qc
Oppenheimer-Snyder Collapse in Moving-Puncture Coordinates
移动穿刺坐标常用于黑洞的数值模拟。它们对于真空史瓦西黑洞的性质已经在许多研究中进行了分析。然而，在含有物质的时空中，移动穿刺坐标的行为还不太清楚。在本文中，我们探讨了这些坐标的奥本海默-斯奈德崩溃的行为，即，一个密度均匀、无压力的尘埃球在最初静止时坍缩成一个黑洞。奥本海默-斯奈德坍缩提供了一个严格的测试的奇异性避免性质的移动穿刺坐标，因为奇点可以形成更快，比它会与压力的物质。我们的研究结果包括物质密度，失效函数，平均曲率在早期的解析表达式，以及有趣的限制以后的时间。我们还进行了数值模拟以获得完整解，这些结果表明，即使在没有压力的情况下，移动穿刺坐标也能够避免奇异性。到了后期，几何形状就变成了真空黑洞的喇叭状切片。
2011-09-02 gr-qc
Where do moving punctures go?
目前最流行的演化黑洞双星的方法是“移动穿刺”方法。最近的研究表明，当使用这种方法对史瓦西黑洞的穿刺初始数据进行演化时，数值切片很快与第二个渐近平坦端失去接触，而终止于有限史瓦西坐标半径的圆柱体上。这些切片是静止的，这意味着它们的几何形状不会进一步演化。我们将描述这些结果的上下文中的最大切片，并提出时间无关的史瓦西时空的类似穿刺的数据。
2007-02-15 gr-qc
Schwarzschild black hole as moving puncture in isotropic coordinates
移动穿刺法在黑洞系统数值模拟中的成功，可以部分地用1+log坐标条件下定态解的性质来解释。我们计算各向同性坐标系中史瓦西时空的稳态1+对数切片，以研究数值方法在穿刺处必须处理的坐标奇异性。我们提出了一种替代的积分方法，以获得各向同性坐标，简化了数值积分，并给出了直接访问的穿刺附近的各向同性半径的局部扩展。数值结果表明，某些数量很好地近似的函数线性的各向同性半径附近的穿刺，而在这里，我们表明，在某些情况下，各向同性半径出现的指数接近，但不等于1。
2009-04-28 gr-qc
Are moving punctures equivalent to moving black holes?
在模拟双黑洞系统的螺旋和合并时，需要特别注意处理奇点。数值相对论模拟中使用了两种主要的技术：第一种也是更传统的技术从每个类空超曲面上的数值网格中“切除”奇点的空间邻域。第二个也是最近的一个，相反，从一个“穿孔”解决方案开始，然后发展完整的3-度量，包括奇点。在连续极限，切除是合理的爱因斯坦方程的光锥结构，并在实践中，可以给出精确的数值解时，适当的离散化。然而，由于场变量在穿刺处是不可微的，因此没有证据证明移动穿刺技术是正确的，特别是在离散情况下。为了研究这个问题，我们使用这两种技术来演化一个等质量非自旋黑洞的二元系统。我们比较了两个曲率4-标量的演化与适当的时间沿不变定义的世界线中间的两个黑洞，使用Richardson外推，以减少有限差分截断误差的影响。我们发现，切除和移动穿刺演化沿着世界线产生了相同的不变量，因此在世界线的因果过去中产生了相同的时空。这提供了令人信服的证据，证明移动的穿刺确实等同于移动的黑洞。
2007-05-11 gr-qc
Calibration of Moving Puncture Simulations
我们提出了单一和二元黑洞模拟，遵循移动穿刺范例模拟黑洞时空没有切除，并使用移动盒网格细化。聚焦于二进制黑洞配置的模拟覆盖大约两个轨道，我们解决了五个主要问题，确定我们的结果的质量：数值离散化误差，有限提取半径的辐射信号，物理适当的初始数据，规范的选择和计算性能。我们还比较结果，我们已经获得了BAM码这里描述的独立的LEAN码。
2006-10-26 gr-qc
Geometry and Regularity of Moving Punctures
黑洞双星的数值模拟最近取得了重大进展，使用穿刺方法。我们研究如何以及为什么这种方法的工作原理，通过演变一个单一的黑洞。的坐标奇异性，因此在穿刺的几何形状被发现在进化过程中发生变化，从代表一个渐近平坦的结束，是一个圆柱体。我们构造了一个解析解的球对称的黑洞的定态匹配的数值结果，并表明，在穿刺的演变是不是由文物为主，但确实发现的分析结果。
2008-01-07 gr-qc
How to move a black hole without excision: gauge conditions for the numerical evolution of a moving puncture
最近的实验表明，未切割的黑洞穿越计算网格，这是数值相对论的一个重大进展。稳定和准确的模拟多个轨道，其辐射波，结果。这种能力是严格加强了一个谨慎选择的衡量标准。在这里，我们提出了分析的考虑，建议某些规范的选择，并在数值上证明其效力，在发展一个单一的移动穿刺黑洞。
2006-06-18 gr-qc
Collapse of Nonlinear Gravitational Waves in Moving-Puncture Coordinates
研究了非线性引力波在运动穿刺坐标系中的数值演化。我们采用两种不同类型的初始数据-布里尔和Teukolsky波-和发展他们与两个独立的代码产生一致的结果。我们发现，布里尔数据未能产生长期的演变为共同选择的坐标和参数，除非初始振幅小，而Teukolsky波初始数据导致稳定的演变，至少对于振幅足够远的临界。临界振幅将演化留下平坦空间的初始数据与导致黑洞的初始数据区分开来。对于后者，我们遵循波的相互作用，视界的形成，以及沉降成与时间无关的喇叭形几何。我们探讨了布里尔和Teukolsky数据之间的差异，并表明，对于不太常见的选择的参数-特别是负振幅-布里尔数据可以与移动穿刺坐标演变，并表现出类似的Teukolsky波。
2013-09-19 gr-qc
A Simple method to set up low eccentricity initial data for moving puncture simulations
我们引入了两个新的偏心率措施来分析数值模拟。与早期的定义不同，这些偏心测量不涉及任何自由参数，这使得它们易于使用。我们展示了如何相对便宜的网格设置可以用来估计在早期inspiral阶段的偏心率。此外，我们比较了ADMTT规范的标准穿刺数据和后牛顿数据。我们发现两者使用不同的坐标。因此，在ADMTT坐标中测量的特定分离的低偏心初始动量参数难以用于穿孔数据，因为不知道穿孔坐标中的分离如何与ADMTT坐标中的分离相关。作为一种补救措施，我们提供了一个简单的方法，使我们能够重新计算动量参数，直到我们的数值模拟结果在可接受的低偏心率。
2011-01-04 gr-qc
Maximal slicing of D-dimensional spherically-symmetric vacuum spacetime
本文利用两类单参数极大超曲面族研究了具有$D\ge 5$的$D$维球对称黑洞时空的叶理：关于虫洞槽的反射对称叶理和具有无限长喇叭状形状的稳态叶理.与四维情形一样，极大超曲面的叶理具有与维数无关的奇异性避免性质。这表明最大切片条件对于数值相对论中高维黑洞时空的模拟是有用的。对于D=5的情形，我们给出了定常极大超曲面的叶理的内在度量、外在曲率、推移函数和位移向量的解析解。这些数据将是有用的检查五维数值相对论代码的移动穿刺方法的基础上。
2009-08-06 gr-qc
Puncture Evolution of Schwarzschild Black Holes
对单个非自旋黑洞的运动穿刺方法进行了分析。结果表明，目前的数字代码不能解决的穿刺区域。结果，穿刺附近的几何形状似乎演变成一个无限长的圆柱体的有限面积半径。在整个进化过程中，这个穿刺点本身实际上一直保持在类空的无穷远处。在无限分辨率的极限下，数据永远不会变成静止的。然而，在任何合理的有限分辨率下，最接近穿孔的网格点被伽马驱动位移条件迅速拉入黑洞内部。然后，数据可以演变为稳定状态。这些结果表明，移动穿刺技术应被视为一种“自然切除”。
2008-01-15 gr-qc
Probing the puncture for black hole simulations
利用黑洞模拟的穿刺方法，将虫洞几何的第二无限域压缩为计算网格上的一个穿刺点。穿刺周围的区域迅速演变为喇叭形几何形状。计算网格只覆盖了喇叭喉的一部分。它终止于边界，边界的位置取决于分辨率。这就提出了一种可能性，即喇叭形几何中的扰动可以沿着喇叭形喉部传播，从穿刺边界反射，并以分辨率依赖的时间延迟返回黑洞外部。未观察到这种病理行为。这是解释的观察，一些微扰模式传播的共形几何，其他传播的物理几何。穿刺边界仅存在于物理几何体中。在物理几何结构中传播的模式总是在穿孔边界处被引导远离计算域。有限差分格式确保这些模式通过边界平流，而不耦合到在共形几何形状中传播的模式。这些结果得到了数值实验的支持，与标准的笛卡尔有限差分格式的球对称引力场的发展代码。该代码使用鲍姆加特-夏皮罗-柴田-中村制定爱因斯坦方程与1+日志切片和伽马-驱动器移位条件。
2009-10-23 gr-qc
A Reinvestigation of Moving Punctured Black Holes with a New Code
我们报告我们的代码，其中应用移动穿刺方法和自适应/固定网格细化实施，并在其初步性能上的黑洞模拟。基于BSSN公式，最新的规范条件和修改的公式也实施和测试。在这项工作中，我们提出了我们的主要结果的模拟一个单一的静态黑洞，一个移动的单一黑洞，和正面碰撞的一个二元黑洞系统。对于静态穿孔黑洞的模拟，不同的修改的BSSN制定。它表明，目前使用的两套修改导致一个稳定的演变。对于运动的被刺穿的黑洞，我们寻找可行的规范条件，研究自旋对黑洞演化的影响。我们的研究结果证实了其他研究小组先前的研究结果。此外，我们还发现了一个新的规范条件，这个条件还没有被任何其他研究者采用，它也可以给出稳定而精确的黑洞演化计算。我们检查的性能的代码的正面碰撞的一个二元黑洞系统，和协议的引力波形，它产生与其他作品中获得的。为了定性地理解物质对双黑洞碰撞的影响，我们也研究了相同的迎头碰撞场景，但受标量场的扰动。用该程序进行的数值模拟不仅给出了与其他数值相对论小组一致的稳定而精确的结果，而且发现了一个新的可行规范条件，澄清了BSSN公式修正中的一些模糊之处.
2008-12-04 gr-qc
Evolutions of Nearly Maximally Spinning Black Hole Binaries Using the Moving Puncture Approach
我们证明了基于移动穿刺形式主义的数值相对论代码能够进化出几乎最大限度地旋转的黑洞二进制文件。我们比较了一个新的进化的等质量，对齐自旋二进制与无量纲自旋chi=0.99使用基于穿刺的数据与最近的模拟SXS合作。我们发现我们的新波形与SXS协作发布的结果的重叠大于0.999。为了生成我们的新波形，我们使用了最近引入的HiSpID穿刺数据，CCZ4进化系统和修改后的失效条件，有助于保持视界半径相当大。
2017-08-08 astro-ph.HE gr-qc
Evolution of near-extremal-spin black holes using the moving puncture technique
我们提出了一种新的径向坐标来表示Kerr度量的穿刺形式。与前面介绍的准径向坐标不同，在极端克尔极限a/M -> 1下，视界半径在我们的径向坐标中保持有限。这大大提高了自旋接近极端克尔极限的黑洞演化的准确性。我们能够准确地发展静止和助推黑洞与自旋高达a/M=0.99使用初始数据构建在这些新的穿刺坐标。利用我们提出的新的背景共形度量的穿刺度量，可以构造具有快速旋转黑洞的致密双星的初始数据。我们对单个黑洞的模拟表明，这样的初始数据可以通过移动穿刺技术成功地进化。
2010-01-22 astro-ph.HE gr-qc
Quasiequilibrium states of black hole-neutron star binaries in the moving-puncture framework
在移动穿刺框架下计算了黑洞-中子星双星的广义相对论准平衡态。我们提出了确定准平衡态的三个条件，并将数值结果与切除框架中得到的结果进行了比较。我们发现，在（i）无论轨道间距如何，双星的质量比都接近于1，（ii）轨道间距足够大的情况下，在移动穿刺框架下得到的结果与切除框架和第三后牛顿近似下的结果一致（$m_0Ω\alt 0.02$，其中$m_0$和$Ω$分别是总质量和轨道角速度），而与质量比无关。对于$m_0 Ω\agt 0.03$，移动穿刺和切除框架中的结果都或多或少地偏离第三后牛顿近似中的结果。因此，数值结果并没有提供一个准圆态，相反，它们似乎有一个不可忽略的偏心率为0.01- 0.1。我们通过数值模拟表明，在移动穿刺框架中的方法可以提供近似的准圆形状态，其中的偏心率是由一个因素的$\sim 2$小于那些在准平衡由其他方法。
2009-06-15 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic hydrodynamics in the presence of puncture black holes
近年来，许多对真空中双黑洞的数值模拟都采用了移动穿刺方法。这种成功的方法避免了对黑洞内部进行数值切除的需要，并且易于实现。在这里，我们希望探讨如何以及同样的方法可以应用于移动黑洞穿刺在相对论流体动力学物质的存在。首先，我们在真空中演化单个黑洞穿刺，以校准我们的BSSN（Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura）实现，并确认外部时空的数值解对任何"垃圾“都是不变的（即，约束违反）的初始数据中采用的黑洞内部。然后，我们专注于相对论邦迪吸积到一个移动的穿刺史瓦西黑洞作为我们的高分辨率激波捕捉相对论流体力学计划的数值试验台。我们发现，流体动力学方程可以成功地发展在内部，而不施加数值切除。这些结果有助于激励采用移动穿刺方法来处理双黑洞-中子星问题，使用共形薄三明治初始数据。
2007-10-15 astro-ph gr-qc
Trumpet slices of the Schwarzschild-Tangherlini spacetime
我们研究了Schwarzschild-Tangherlini时空的与时间无关的极大叶理和1+对数叶理族，D维时空中的球对称真空黑洞解，D >= 4。我们确定这些家庭的空间切片显示喇叭几何的特殊成员。使用一个推广的1+日志切片条件是参数化的常数n，我们恢复中尾，安倍晋三，吉野和柴田的结果在极限的最大切片。我们还构建了一个数值代码，发展的BSSN方程D=5球对称使用移动穿刺坐标，并证明这些模拟解决方案的喇叭。
2010-10-27 gr-qc
Puncture Evolution with Physics-Informed Neural Networks
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Purdue University（普渡大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）
本研究利用物理信息神经网络求解球对称真空爱因斯坦方程，实现移动穿刺演化，能插值数值相对论数据、预测演化并重建时空，验证了其有效性与局限性。
2026-10-06 gr-qc
Simulations of rotating neutron star collapse with the puncture gauge: end state and gravitational waveforms
本文采用新的3+1相对论数值模拟方法，采用爱因斯坦方程的Z4 c公式，移动穿刺规范条件和广义相对论流体力学的保守网格加密方案，重新研究了旋转中子星到黑洞的引力坍缩.坍缩的最终状态相比，从旋转穿刺的初始数据的演变产生的真空时空。使用局部分析的度量场，我们证明了这两个时空实际上同意。详细分析了引力波波形。利用简化的时空图将辐射发射与坍缩动力学联系起来，讨论了其波形结构与黑洞微扰理论波形结构的相似性。
2015-06-23 gr-qc
Improved Moving Puncture Gauge Conditions for Compact Binary Evolutions
鲁棒规范条件对于涉及致密天体的数值相对论（NR）模拟的稳定性和精度至关重要。大多数NR社区使用高度鲁棒的-虽然十年之久-移动穿刺（MP）规范条件进行此类模拟。有人认为，在二元黑洞（BBH）演化采用这种规范，自适应网格细化（AMR）边界附近产生的噪声不会收敛干净的分辨率增加，严重限制重力波形的精度在计算上可行的决议。我们链接到一个尖锐的噪声（短波长），初始传出规范波交叉到分辨率逐渐降低AMR网格，并提出改进标准MP规范的条件，专注于拉伸，平滑，更迅速地解决这个传出波。我们的最佳测量仪选择大大降低了螺旋期间的重力波形噪声，在典型分辨率下产生更少的收敛阶数波动和更低的$\sim 40%$波形相位和振幅误差。其他感兴趣的物理量中的噪声也被减少，并且约束违反下降了一个数量级以上。我们希望这些改进将延续到所有类型的紧凑双星系统的模拟，以及其他$N$ +1重力公式，其中可以选择类似MP的规范条件。
2014-10-06 astro-ph.HE gr-qc
Puncture Initial Data for Black-Hole Binaries with High Spins and High Boosts
我们在穿刺形式下求解了两个具有近极值自旋和相对论性增强的黑洞的广义相对论的哈密顿量和动量约束。我们使用一个非共形平坦的anadrons与衰减叠加的两个洛伦兹提升，共形克尔或共形史瓦西3度量和相应的外在曲率。我们比较这些数据的演变与标准的Bowen-York共形平坦的Ancor（技术上限于固有的自旋$χ=S/M^2_{\text{ADM}}=0.928$和助推$P/M_{\text{ADM}}=0.897$），发现，通常，一个数量级较小的虚假辐射和协议的爆发螺旋和合并。作为第一个案例研究，我们从静止演化出两个等质量黑洞，初始分离为$d=12M$和自旋$χ_i=S_i/m_i^2=0.99$，计算了碰撞产生的波形，辐射的能量和角动量，以及最终残余黑洞的反冲.我们发现，黑洞的轨道曲线在近距离，导致辐射的角动量。我们还研究了轨道非自旋和中等自旋黑洞二进制和标准的Bowen-York数据进行比较。我们发现，非物理的初始辐射脉冲的大幅减少，导致更干净的波形。最后，我们研究的情况下，轨道的二元黑洞系统的自旋大小$χ_i=0.95$在对齐的配置和比较波形和最终的残留结果与SXS合作，发现非常好的协议。这代表了第一个运动的穿刺演变的轨道和旋转的黑洞超过鲍文约克限制。最后，为了提高模拟的精度和效率，我们研究了移动穿刺方法中初始时滞和时滞演化方程的不同选择。
2017-01-11 gr-qc
Improved Moving-Puncture Techniques for Compact Binary Simulations
针对下一代引力波探测对数值相对论模拟的高精度需求，提出三项移动穿刺方法改进，在极低计算成本下大幅降低约束违反与引力波噪声，相关代码已开源。
2024-09-13 astro-ph.HE gr-qc
Filling the holes: Evolving excised binary black hole initial data with puncture techniques
利用移动穿刺技术跟踪等质量黑洞的螺旋运动和合并过程，证明了当初始内部解被违反约束的“垃圾”初始数据所取代时，外部解和渐近引力波形都保持不变.我们应用这一结果来发展共形薄三明治（CTS）二进制BH初始数据填充其切除的内部任意，但光滑，初始数据和标准穿刺规格的选择与发展。穿孔和填充CTS初始数据产生的波形是非常相似的，只有轻微的差异之间的无旋和共旋CTS BH二进制文件。即使内部的解决方案似乎演变到相同的约束满足的解决方案在后期，独立的初始数据。
2007-09-27 astro-ph gr-qc
Constraint preserving boundary conditions for the Z4c formulation of general relativity
本文讨论了运动穿刺规范族与广义相对论的Z4 c方程的高阶吸收约束保持边界条件。我们主要关心的是这些条件的约束保持和吸收特性。在冻结系数近似下，通过适当的一阶伪微分约化，我们证明了约束子系统在四维紧致流形上是边界稳定的。我们分析了剩余的初始边值问题的球形减少Z4C制定一个特定的选择穿刺计。数值证据的有效性的条件是在球对称。
2011-02-09 gr-qc
Numerical evolution of multiple black holes with accurate initial data
我们提出了三个等质量黑洞的数值演化使用移动穿刺方法。利用高阶多重网格椭圆型求解器求解约束方程，计算了三个黑洞的穿刺初始数据。利用这些初始数据，我们给出了三个具有六阶波形收敛的黑洞演化的结果。我们比较了BAM和AMSS-NCKU码与以前的结果。在以前的模拟中使用的三个黑洞的哈密顿约束的近似解析解导致不同的动力学和波形。我们提出了一些数值实验，显示四个黑洞的演化和由此产生的引力波形。
2010-12-20 gr-qc
Post-Newtonian Initial Data with Waves: Progress in Evolution
在Kelly et al. [Phys. Rev. D，76：024008，2007]中，我们提出了新的适用于数值相对论中穿刺演化的二元黑洞初始数据。这个数据满足约束方程的2.5后牛顿秩序，并包含一个横向无痕的“波浪”度量的贡献，违反了标准的共形平坦性假设。我们报告的进展，在不断发展的数据与现代移动穿刺实施的BSSN方程在几个数字代码。我们讨论了新度规项对垃圾辐射的影响和提取的物理辐射的连续性。
2010-05-11 gr-qc
New conformally flat initial data for spinning black holes
我们得到一个明确的解决方案的动量约束共形平坦，最大切片，初始数据，这给人一种替代的纯纵向外在曲率的Bowen和York。新的解决方案是相关的，在一个精确的形式，与外部曲率的克尔切片。我们研究这些新的初始数据表示自旋黑洞的数值求解的哈密顿约束。它们具有以下特征：i）对于所有允许的旋转参数值，它们比相应的单个旋转Bowen-York黑洞包含更少的辐射。ii）该解所达到的最大旋转参数$J/m^2$高于纯纵向解的最大旋转参数，从而允许描述更接近于最大旋转克尔的空穴。我们讨论了这些性质的物理解释及其与弱宇宙监督猜想的关系。最后，我们推广的数据，多个黑洞使用“打孔”和等距公式。
2002-01-18 gr-qc
Reducing phase error in long numerical binary black hole evolutions with sixth order finite differencing
我们描述了一个修改的四阶准确的“移动标点”的演变代码，其中通过替换空间四阶准确差分算子在大部分的网格由一个特定的选择的六阶准确stenosis，我们获得显着的精度提高。我们说明了修改后的算法的性能与等质量模拟覆盖九个轨道。
2007-06-05 gr-qc
Trumpet Initial Data for Boosted Black Holes
我们描述了一个程序，用于构建初始数据的推动黑洞在移动穿刺的方法，数值相对论，赋予初始时间片从一开始与喇叭几何内的黑洞内部。然后，我们演示了数值模拟的过程中使用的进化代码从爱因斯坦工具包，采用1+日志切片。单个黑洞的洛伦兹增强可以被精确地指定，并且多个广泛分离的黑洞可以通过单个黑洞数据的叠加来近似处理。在多个黑洞的情况下，该方案有改进的空间，以重新求解约束方程。该方法示出产生一个初始的喇叭片的一个黑洞是接近，并迅速解决，一个固定的喇叭几何形状。在这种新的方法中的初始数据被证明包含初始瞬态（或“垃圾”）辐射，抑制多达两个数量级相对于可比的Bowen-York初始数据。
2018-08-14 gr-qc
Toward a dynamical shift condition for unequal mass black hole binary simulations
移动穿刺模拟黑洞二进制依赖于一个特定的规范的选择，导致近似固定的坐标附近的每个黑洞。转移条件的一部分是一个阻尼参数，必须适当选择稳定的演变。然而，一个恒定的阻尼参数并不能解释不等质量双星的质量差异。我们引入了一个位置相关的移位阻尼，解决这个问题。虽然坐标发生了变化，但提取的引力波变化很小。
2009-12-16 gr-qc
Puncture gauge formulation for Einstein-Gauss-Bonnet gravity and four-derivative scalar-tensor theories in $d+1$ spacetime dimensions
本文在 $d+1$ 维时空中为 Einstein-Gauss-Bonnet 引力与四阶导数标量-张量理论发展了修正的 CCZ4 形式，证明了其适定性，并基于移动 puncture 方法为数值相对论分析引力波观测中的广义相对论修正奠定了重要基础。
2023-09-12 gr-qc hep-th
Binary-black-hole initial data with nearly-extremal spins
具有接近极端自旋的天体物理学黑洞存在的可能性很大。这种系统的数值模拟需要合适的初始数据。在本文中，我们研究了三种构造二元黑洞初始数据的方法，重点是它们生成具有近极值自旋的黑洞的能力：（i）Bowen-York初始数据，包括标准穿刺数据（基于共形平坦性和Bowen-York外曲率），（ii）标准准平衡初始数据（基于扩展共形薄三明治方程，共形平坦度，和最大切片），和（iii）准平衡数据的基础上叠加的克尔-Schild度量。我们发现，两个保角平坦的方法（i）和（ii）执行类似，与自旋高达约0.99可在初始时间。然而，在演化过程中，我们预计随着初始几何结构的松弛，自旋会迅速松弛到0.93左右的一个小得多的值。对于准平衡叠加Kerr-Schild（SKS）数据[方法（iii）]，我们构建了\emph{initial}自旋为0.9997的初始数据。我们对自旋为0.93和0.97的SKS数据集进行了演化，发现在初始弛豫过程中，自旋只下降了10^4的几个部分;因此，我们预计SKS初始数据将允许弛豫自旋大于0.99的二元黑洞的演化。[摘要缩写;完整的摘要还提到了几个次要结果。]
2008-10-16 gr-qc
Momentum flow in black-hole binaries: II. Numerical simulations of equal-mass, head-on mergers with antiparallel spins
从双星黑洞（BBH）模拟中提取科学的研究通常采用“散射矩阵”的观点：给定双星的初始参数，最终黑洞的参数和发射的引力波形是什么？相反，我们正在使用BBH模拟来探索弯曲时空的非线性动力学。聚焦于头上的暴跌，合并，并ringdown的BBH横向，反平行的自旋，我们探讨数值的动量流之间的孔和周围的时空。我们利用广义相对论的平坦时空中的朗道-利夫希茨场论来定义和计算视界外的场能量和场动量的密度以及视界内的能量和动量，并将每个视视界和事件视界的有效速度定义为其封闭动量与封闭质能的比值。我们发现视界的有效速度和坐标速度惊人地一致。为了研究我们的结果的规范依赖性，我们比较了物理上相似的初始数据的伪谱和移动穿刺演化;虽然谱和穿刺模拟使用不同的规范条件，我们发现我们的结果在这两种情况下非常好的协议。我们还比较了我们的模拟与后牛顿轨迹和近场能量动量。[摘要缩写;完整摘要还提到了其他结果。]
2009-07-05 gr-qc
The initial boundary value problem for free-evolution formulations of General Relativity
我们考虑耦合到一个参数化的家庭的坐标条件，其中包括移动穿刺和谐波规范的广义相对论的自由发展配方的初始边值问题。我们主要集中在边界，是几何确定的最外层正常观察员类空切片的叶理。我们提出了规范、约束违反和引力波自由度的高阶导数边界条件。二阶导数边界条件的数值相对论模拟中使用的保角变量。利用Kreiss-Agranovich-Metivier理论，我们证明了在冻结系数近似下，只要有足够高的阶导数边界条件，初边值问题就可以是边界稳定的。所需导数的精确数目取决于规范。对于一个选择的规范条件，使系统强双曲的常重数，适定性的初始边值问题如下在此近似。考虑到伪微分算子的理论，预计非线性问题在时间上也是局部适定的。
2018-01-02 gr-qc
Conformally curved initial data for charged, spinning black hole binaries on arbitrary orbits
提出了一种构造任意轨道上自旋带电黑洞双星共形弯曲初始数据的方法。我们推广了叠加的Kerr-Schild，扩展的共形薄夹层结构[Lovelace et al.，Phys. Rev. D {78}，084017（2008）]，以使用叠加黑洞的Kerr-Newman度量并求解电磁约束方程。我们在伪谱代码SGRID中实现了该构造。因此，与使用穿刺方法构建的现有带电黑洞初始数据相比，该代码提供了一种互补且完全独立的基于切除的构造[Bozzola and Paschaldom，Phys. Rev. D {99}，104044（2019）]。它还提供了Lovelace等人的真空构造的独立实现（有一些小的变化）。我们为不同构型的轨道双星构造初始数据，例如，对于高度带电或快速旋转的黑洞（对于这个初始测试，分别为极值的90%和80%，尽管代码应该能够使用更高的分辨率产生具有这些参数的更高值的数据），以及对于一般旋转的带电黑洞。我们进行了探索性的演化与有限差分，移动穿刺代码BAM（在真空的情况下）和HAD（头上的碰撞，包括收费），填充内切除表面。在带电的情况下，这些初始数据的演变提供了一个代理的二元黑洞波形在修改后的引力理论。此外，将这种结构推广到爱因斯坦-麦克斯韦-爱因斯坦理论应该是简单的。
2022-02-24 astro-ph.HE gr-qc
Renormalized Dynamical Friction in Black-Hole Spacetimes
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本文推导了黑洞时空中致密天体受引力自力的重整化局部运动方程，通过Schwinger--Keldysh轮廓积分环境与度规扰动，处理领头阶对数紫外发散，并给出适用于数值计算的完整重整化方案。
2026-09-22 astro-ph.HE gr-qc hep-th
A 3+1 Computational Scheme for Dynamic Spherically Symmetric Black Hole Spacetimes -- I: Initial Data
当使用黑洞排除（视界边界条件）技术时，$K$通常是非零的和空间可变的，所以York的保角分解算法的特殊情况都不适用，并且必须数值求解全4矢量非线性York方程。我们讨论了动态黑洞初始数据切片的构造：我们通过一个Analog扰动一个已知的黑洞切片，应用York分解（使用另一个Analog作为内边界条件）将扰动场变量投影回约束超曲面，最后可选地应用一个数值3坐标变换（例如）恢复一个区域径向坐标。与其他初始数据算法相比，该算法的主要优点是其灵活性：$K$是不受限制的，允许使用最适合（比如）时间演化的任何切片。我们已经实现了球对称标量场系统的这种算法。我们提出了一些爱丁顿-芬克尔斯坦-样的初始数据切片包含黑洞包围的标量场壳的数值结果。使用四阶有限差分，在（高斯）扰动附近具有$Δr/r \approx 0.02$（0.01）的分辨率，最终切片的数值计算的能量和动量约束在幅度上是$\ltsim 10^{-8}$（$10^{-9}$）和$\ltsim 10^{-9}$（$10^{-10}$）。最后，我们简要地讨论了插值数据从一个网格到另一个网格时所产生的误差，如在数值坐标变换或水平寻找。我们表明，对于通常的移动局部插值方案，即使是光滑的函数的插值误差是不光滑的。
1998-07-30 gr-qc
Initial data for general relativistic simulations of multiple electrically charged black holes with linear and angular momenta
四维渐近平坦时空中的广义相对论性稳态轴对称黑洞完全由其质量、角动量和电荷决定。天体物理学相关的黑洞不带电的期望导致了有限数量的调查运动和带电的黑洞在动力学，强场引力（和电磁）制度，在那里的数值研究是必要的。除了理论上的兴趣，引力波多信使天文学的出现为思考带电黑洞提供了新的方法。在这项工作中，我们开始探索带电的二元黑洞产生有效的初始数据的广义相对论模拟的黑洞系统，具有通用的电荷，线性和角动量。我们开发我们的初始数据形式主义的框架内的共形横向无痕（鲍文-约克）技术使用穿刺的方法，并应用理论的孤立视野属性的物理参数（质量，电荷和角动量），每个孔。我们通过修改公开可用的TwoPunctures和QuasiLocalMeasures代码，在二进制系统的情况下实现了我们的形式主义。我们证明，我们的代码可以恢复现有的解决方案，它具有良好的自收敛性能的两个黑洞的一般配置。
2019-06-18 astro-ph.HE gr-qc
Relativistic Simulations of Black Hole-Neutron Star Mergers: Effects of black-hole spin
黑洞-中子星（BHNS）双星合并是产生短硬伽马射线暴（SGRB）和可探测的引力波的候选引擎。使用我们最新的共形薄夹层BHNS初始数据和我们的完全广义相对论流体动力学代码，这是现在AMR的能力，我们能够有效地和准确地模拟这些二进制文件从大分离通过inspiral，合并，和ringdown。我们发展的度量使用BSSN制定标准的移动穿刺计的条件和处理的流体力学与高分辨率的冲击捕获计划。我们探索BH自旋（与轨道角动量对齐和反对齐）的影响，通过演化三组初始数据，BH：NS质量比q=3：数据集几乎相同，除了BH自旋在a/M = -0.5（反对齐），0.0和0.75之间变化。合并前的轨道数随着a/M的增加而增加，正如预期的那样。我们还研究了非自旋BH的情况下，更详细地，不同的q之间的1，3，和5。我们计算引力波形的情况下，我们模拟和比较它们的二元黑洞波形。对于反取向自旋情况（a/M = -0.5）和最极端的质量比情况（q=5），只有一个小的盘（< 0.01 M_sun）形成。相比之下，在快速旋转（a/M = 0.75）排列的BH情况下，形成了一个大质量（M_disk约为0.2 M_sun）的热盘。这样的盘可以驱动SGRB，可能通过例如，产生大量的中微子-反中微子对
2009-02-23 astro-ph gr-qc
Black-Hole Neutron Star Simulations with the BAM code: First Tests and Simulations
LIGO-Virgo-Kagra协作组首次探测到黑洞-中子星合并（GW 200105和GW 200115）标志着一项重大的科学突破。对合并前后信号的物理解释需要对观测结果和理论模拟结果进行仔细的交叉审查。在这里，我们提出了第一套黑洞-中子星的模拟，得到了与数值相对论代码BAM。我们的初始数据是使用公共LORENE光谱库，采用切除的黑洞内部。相比之下，BAM使用移动穿刺量规进行进化。因此，我们需要用光滑的初始数据“填充”黑洞内部，以使双星系统及时演化。该过程引入了约束违反，使得演化系统的约束阻尼特性对于增加模拟的准确性，特别是减少杂散质心漂移是必不可少的。在BAM中，我们发展的Z4 c方程，我们比较我们的引力波的结果与SXS合作和SACRA代码获得的结果。虽然我们发现在合并的时刻与参考解和相位差$\lesssim 0.5$ rad大体上良好的一致性，但是在我们的模拟中缺乏干净的收敛顺序不允许适当的误差量化。最后，我们提出了一组不同的初始条件，探讨如何合并的黑洞中子星系统依赖于所涉及的质量，自旋和状态方程。
2021-07-19 astro-ph.HE gr-qc physics.comp-ph
