Spinning black hole in the puncture method: Numerical experiments
在数值模拟中，黑洞内部的强场区域需要特别注意。处理这个问题的一种方法是移动穿刺方法，它已经成为数值相对论的一个重要工具，因为它允许长期模拟的二元黑洞。该方法的一个重要组成部分是选择“1+ log”切片条件。我们在旋转黑洞时空中对这种切片条件进行了研究。讨论了当自旋加入时，定态Schwarzschild '1+ log'-喇叭的结果如何变化.这一修改使得一个简单而廉价的算法，用于确定一个非移动的黑洞的自旋为这个特定的切片条件。通过对单个黑洞、双星中子星和混合双星的模拟，验证了该算法的适用性。
2014-03-23 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
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
Puncture black hole initial data: a single domain Galerkin-Collocation method for trumpet and wormhole data sets
我们提出了一个单域Galerkin配置方法来计算穿孔初始数据集的单一和二进制，无论是在喇叭或虫洞的几何形状。属于Galerkin和配置方法的方面的组合，以及在所有情况下通过球坐标显示是非常有效的。我们提出了一个描述喇叭形和旋转黑洞的共形因子的统一表达式。特别地，对于旋转的喇叭形黑洞，我们展示了由于从球形到扁椭球体的旋转而引起的极限曲面的变形。我们还重新审视了喇叭和虫洞穿刺数据集中的能量含量。该算法可以推广到描述二元黑洞。
2017-03-27 gr-qc
A single-domain spectral method for black hole puncture data
我们计算对应于单个和二元黑洞解的约束方程的穿刺初始数据的伪谱方法应用在一个单一的空间域。引入适当的坐标，这些方法表现出快速收敛的保角因子，并导致高精度的解决方案。作为一个应用程序，我们调查小质量比的二元黑洞，并比较这些与相应的测试质量限制，我们通过半解析限制程序。特别是，我们比较了在这个极限的穿刺数据的结合能与史瓦西时空中的测试粒子的结合能，发现它偏离了50%的史瓦西结果在最里面的史瓦西稳定的圆形轨道，如果在每个穿刺ADM质量被用来定义本地黑洞的质量。
2004-09-13 gr-qc
Alternatives to standard puncture initial data for binary black hole evolution
标准穿刺初始数据已被广泛用于数值二元黑洞演化，尽管它们的缺点，最显着的是固有的缺乏引力辐射在初始时间，随后由一个突发的虚假辐射。我们研究了三种可选的初始数据方案的演变。三个备选方案中的两个是基于包含现实引力波的后牛顿展开式。第一种方案基于Arnowitt、Deser和Misner横向无痕（ADMTT）规范中的二阶后牛顿展开，该规范已恢复以接近黑洞的标准穿刺数据。第二种方案是基于远离黑洞的ADMTT规范中两个潮汐扰动Schwarzschild解的4-度规与一阶后牛顿展开的渐近匹配。最后一种方案是通过两个潮汐扰动Schwarzschild解的4-度规与远离黑洞的调和规范中的二阶后牛顿展开式的渐近匹配得到的。当演化时，第二种方案未能产生准圆轨道（而是导致几乎迎头碰撞）。这种故障可以追溯到由于低阶匹配而导致的非本征曲率的不准确。更令人鼓舞的是，后两种选择导致准圆轨道，并显示从演化开始的引力辐射，以及减少虚假辐射。目前的不足之处相比，标准的穿刺数据包括更多的偏心轨迹在inspiral和较大的约束违规，因为替代的数据集只是爱因斯坦方程的近似解。偏心问题可以通过调整初始动量参数来改善。
2012-10-24 gr-qc
Equilibrium initial data for moving puncture simulations: The stationary 1+log slicing
我们提出并探讨了一个“固定1+日志”切片条件的建设解决方案爱因斯坦的约束方程。对于静止的时空，这些初始数据将给出一个静止的叶理演化时，经常使用的黑洞演化的“移动穿刺”规范条件。由此产生的切片是与时间无关的，并且与沿着时空的类时基灵矢量拖动产生的切片一致。当这些初始数据与移动穿刺规条件下发展，坐标演变所产生的数值误差最小化。在构造双星黑洞的初始数据时，通常假设存在一个近似的螺旋Killing矢量，它产生双星的轨道。不幸的是，我们表明，相对于这样的螺旋基林矢量静止的1+log切片不可能是渐进平坦的，除非时空具有额外的轴向基林矢量。
2009-10-01 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
Reducing orbital eccentricity in initial data of black hole--neutron star binaries in the puncture framework
本文发展了一种在穿刺框架下计算黑洞-中子星双星低偏心率初始数据的方法，扩展了前人对其它类型致密双星的研究。除了调整双星的轨道角速度外，还通过修改用于推导流体静止平衡方程的螺旋Killing矢量来引入中子星的接近速度。接近速度的黑洞，然后诱导通过要求消失的总线性动量的系统，不同的情况下，二元黑洞的穿刺框架中的每个黑洞的线性动量是明确规定的。我们成功地降低轨道偏心率~0.001通过修改参数迭代使用模拟的~3轨道的非旋进和旋进的配置。我们发现，在切除框架中导出的双黑洞的经验公式不减少轨道偏心率~0.001黑洞-中子星双星的穿刺框架中，虽然他们的工作的双中子星。
2021-01-06 astro-ph.HE 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
Trumpet-puncture initial data for black holes
我们提出了一种新的方法，穿刺方法的基础上，构建黑洞的初始数据在所谓的喇叭几何，即在切片上，渐近线的非零面积半径的限制表面。我们的方法很容易实现数值，至少对于非旋转黑洞，不需要任何内部边界条件。我们目前的数值结果，得到了与均匀网格有限差分代码，增强黑洞和二元黑洞。我们还评论了这种方法的自旋黑洞的推广。
2009-10-01 gr-qc
Dynamical perturbations of black-hole punctures: effects of slicing conditions
虽然许多数值相对论模拟采用1+log切片条件，但避免冲击的切片条件形成了一种可行的，有时是有利的替代方案。尽管这两个条件满足类似的方程，最近的数值实验指出，在黑洞穿刺附近的流逝的行为有质的差异：1+日志切片，流逝出现近似指数衰减，而冲击避免切片，它执行近似谐波振荡。受此观察的启发，我们考虑史瓦西时空的动力学坐标变换来描述静态喇叭几何的小扰动解析。我们发现，所得到的方程的字符取决于（未扰动）平均曲率在黑洞穿刺：1+日志切片它是积极的，预测指数衰减的流逝，而冲击避免切片消失，导致谐波振荡。除了确定这些定性差异的起源的平均曲率的值，我们的分析提供了洞察不同切片条件下的黑洞穿刺的动力学行为。
2023-03-29 gr-qc
Conformal-thin-sandwich initial data for a single boosted or spinning black hole puncture
代表准圆形轨道中的二元黑洞的初始数据集序列已被用来计算可能被解释为最内层稳定圆形轨道的东西。这些序列已经计算了两种方法。一种方法是基于传统的共形-横截-无迹分解，从有效势中的转折点定位准圆轨道。第二种方法使用共形薄三明治分解，并确定准圆轨道，需要存在一个近似的螺旋Killing矢量。虽然从这两种方法得到的最内层稳定圆轨道的参数有很大的不同，但随着双星系统的分离度的增加，两种方法得到的初始数据大致相同。为了帮助理解这种协议之间的数据集，我们考虑的情况下，初始数据表示一个单一的助推或旋转的黑洞穿刺的鲍文-约克型，并表明，共形横向无痕和共形薄三明治方法产生相同的数据，都满足条件的近似Killing矢量的存在。
2003-10-14 gr-qc
NRPyElliptic: A Fast Hyperbolic Relaxation Elliptic Solver for Numerical Relativity, I: Conformally Flat, Binary Puncture Initial Data
我们介绍NRPyElliptic，数值相对论（NR）的椭圆形求解器内NRPy+框架。作为它的第一个应用程序，NRPyElliptic设置共形平坦，二进制黑洞（BBH）穿刺初始数据（ID）上的一个单一的数值域，类似于广泛使用的TwoPunctures代码。与TwoPunctures不同，NRPyElliptic采用双曲松弛方案，从而将任意椭圆偏微分方程平凡地转换为偏微分方程的双曲系统。由于NR ID的消费者通常已经拥有解决双曲偏微分方程的专业知识，他们通常会发现NRPyElliptic比其他NR椭圆求解器更容易调整和扩展。当在（伪）时间中向前演化时，双曲系统指数地达到解椭圆偏微分方程的稳定状态。值得注意的是，NRPyElliptic加速了弛豫波，这使得它比通常的恒定波速方法快了许多数量级。虽然在设置全3D BBH ID时它仍然比TwoPunctures慢${\sim}12$ x，但NRPyElliptic只需要运行时的${\approx}0.3\%$即可在Einstein Toolkit中进行完整的BBH模拟。未来的工作将集中在提高性能和产生其他类型的ID，如双中子星。
2022-04-22 astro-ph.HE 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
Bowen-York trumpet data and black-hole simulations
构造黑洞-双星模拟的初始数据的最流行的方法是穿刺方法，其中紧致化的虫洞通过Bowen-York外曲率被赋予线动量和角动量。当这些数据演化时，它们很快接近“喇叭”拓扑，这表明最好从一开始就使用喇叭形式的数据。为了实现这一点，我们扩展穿刺方法，使建设的Bowen-York喇叭，包括一个大纲的存在性和唯一性证明的解决方案。我们使用单域伪谱椭圆解算器构建提升，旋转和二进制Bowen-York穿刺喇叭，并发展二进制数据，并与标准虫洞数据结果进行比较。我们还表明，对于提升喇叭的黑洞质量可以规定{ \it先验}，而无需求助于迭代程序，是必要的虫洞数据。
2009-12-04 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
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
Solving the Hamiltonian constraint for 1+log trumpets
穿刺方法指定黑洞数据的超曲面上的援助的共形重新缩放的度量，表现出一个坐标奇点在穿刺点。在通过求解保形因子的哈密顿约束构造穿刺初始数据时，需要特别注意坐标奇异性。对虫洞穿刺数据中极点奇异性的标准处理方法并不普遍适用于喇叭穿刺数据。我们研究了一种新的方法的基础上的逆幂的共形因子，并提出了数值例子的单穿孔的虫洞和1+日志喇叭型。此外，我们描述了一种方法来解决两个1+对数喇叭的哈密顿约束，对于一个给定的外部曲率与非零迹。我们研究了这种构造的初始数据在双黑洞演化过程中的性质，发现初始规范动力学被降低了。
2013-09-12 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
GRAthena++: puncture evolutions on vertex-centered oct-tree AMR
数值相对论是研究动力学和强场引力体系中天体物理源的核心，如双星黑洞和中子星的合并。引力波和多信使天文学所带来的挑战要求在现代并行架构上实现高性能和可扩展的代码。我们提出GR雅典娜++，一个广义相对论，高阶，顶点为中心的求解器，扩展八叉树，自适应网格细化能力的天体物理（辐射）磁流体动力学代码雅典娜++。为了模拟动力学时空，GR-Athena ++使用数值相对论的Z4 c演化方案耦合到移动的穿刺规范。我们展示了稳定和准确的二进制黑洞合并的演变，通过广泛的收敛性测试，跨代码验证，并对国家的最先进的有效的一体波形验证。GR-Athena++利用Athena++基于任务的并行模式来实现出色的可扩展性。我们测量强大的缩放效率以上$95\%$高达$\sim 1.2\times10^4$ CPU和优秀的弱缩放显示了$\sim 10^5$ CPU的生产二进制黑洞设置自适应网格细化。因此，GR-Athena++允许紧凑的二元聚结的强大的模拟，并提供了一个可行的路径，在exascale的数值相对论。
2021-01-20 astro-ph.HE gr-qc
Hybrid black-hole binary initial data
传统的黑洞二元穿刺初始数据是共形平坦的。这种非物理的假设加上缺乏辐射信号从二进制的过去生活。结果，从该数据的演变中提取的波形显示出突变。Kelly等人[Class.Quant.Grav.27：114005，2010]采用后牛顿（PN）计算方法得到的新的含辐射成分的二元黑洞初始数据，对数值相对论中的演化进行了穿刺.该数据满足2.5PN阶的约束方程，并且包含横向无迹的“波浪”度量贡献，违反了保形平坦的标准假设。虽然演化包含较少的杂散辐射，但也有不希望的特征;非物理视界质量损失和大的初始轨道偏心率。引入混合方法的初始数据评估，我们显着减少这些不需要的功能。
2010-12-04 gr-qc
A Differentiable Parametric Model of Binary-Black-Hole Initial Data: I. Conformally flat Bowen-York punctures
KU Leuven（荷语鲁汶大学）；Institute for Theoretical Physics, KU Leuven（荷语鲁汶大学理论物理研究所）；Leuven Gravity Institute, KU Leuven（荷语鲁汶大学列日引力研究所）；STADIUS Center for Dynamical Systems, Signal Processing and Data Analytics, KU Leuven（荷语鲁汶大学STADIUS动力学系统、信号处理与数据分析中心）
提出一种结合稀疏网格谱插值与Newton细化的可微参数化模型，用于快速生成满足约束的双黑洞初始数据，并实现梯度优化与偏心降低。
2026-09-10 astro-ph.IM gr-qc
Compact binary evolutions with the Z4c formulation
比较了用Z4c和BSSNOK公式对致密双星的数值相对论模拟。Z4c公式在所考虑的每种情况下都是有利的。在非真空时空的模拟中，由于截断误差而导致的约束违反在Z4c演化中要低一到三个数量级。改进也被发现在计算的重力辐射的精度。对于等质量无旋双星中子星演化，我们发现波形的相位和振幅的绝对误差可以小四倍。的Z4c数值数据的质量也证明了一个非常准确的计算ADM质量从表面积分。对于等质量非自旋二进制穿刺黑洞演化，我们发现，波形的相位和振幅的绝对误差可以达到一个小的因素。在相同的演变，我们发现，远离穿刺的哈密顿约束违反减少了一个和两个数量级之间。此外，效用的引力辐射控制，约束保持边界条件的Z4c制定证明。包含单个致密物体的时空的演化证实了球对称的早期结果。边界条件避免了在高分辨率运行中存在的虚假和非收敛效应，其中任一制剂具有更简单的边界处理。结果表明，Z4c比BSSNOK更适合于带穿刺规的3+1爱因斯坦方程的数值解.
2012-12-12 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
An efficient iterative method to reduce eccentricity in numerical-relativity simulations of compact binary inspiral
提出了一种新的迭代方法来减少黑洞双星模拟中的偏心率。给出了低偏心率起始动量的良好初始估计，通过比较inspiral和post-Newton计算，我们得到了~4轨道的穿刺初始数据，并构造了改进的初始参数。我们的方法是第一个直接应用于引力波（GW）信号，而不是轨道运动。GW信号通常较少受到量规效应的污染，量规效应在移动穿刺模拟中将偏心率的基于轨道运动的测量限制为$Δe \sim 0.002$的不确定性，使得难以将偏心率降低到该值以下。我们的新方法可以达到偏心率低于$10^{-3}$在一个或两个迭代步骤，我们发现，这是远远低于GW天文学的要求，在先进的探测器时代。我们的方法可以很容易地适应任何紧凑的二元模拟与GW的排放，包括黑洞二元模拟，使用替代方法，和中子星二元模拟。我们还评论的差异，偏心率估计的基础上应变$h$，和纽曼彭罗斯标量$Ψ_4$。
2012-04-10 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
Worldtube puncture scheme for first- and second-order self-force calculations in the Fourier domain
本文提出在 Fourier 域结合世界管分区与穿刺技术求解 Schwarzschild 背景微扰 Einstein 方程，并通过一阶场慢时间导数计算验证其适用于 Lorenz 规范和 Teukolsky 方程。
2024-10-26 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
Higher-dimensional puncture initial data
计算了具有线性动量的单个和二元黑洞的穿刺初始数据，求解了D维真空引力的约束方程。这些数据是通过修改arXiv：gr-qc/0404056中的伪谱代码生成的，并作为Cactus计算工具包中的TwoPunctures thorn提供。作为例子，我们展示了收敛图，违反哈密顿约束以及初始数据D= 4，5，6，7。这些初始数据是进行D维黑洞高能碰撞的起点。
2011-10-26 gr-qc hep-th
Binary black holes on a budget: Simulations using workstations
二进制黑洞模拟传统上是非常昂贵的计算：目前的模拟是在超级计算机中进行的，涉及几十个，如果不是几百个处理器，因此系统的研究参数空间的二进制黑洞遇到似乎仍然与目前的技术禁止。在这里，我们将展示如何多层细化级别代码BAM可以用于双处理器工作站上模拟某些二进制黑洞系统。BAM基于移动穿孔方法，提供由网格中心附近的分辨率增加的框组成的网格结构。在双星的情况下，最高分辨率的盒子被放置在每个黑洞的周围，它们在它们的轨道上跟踪它们，直到最后的合并，当一组单独的水平围绕着黑洞残留物时。这在模拟旋转的黑洞时特别有用，因为引力场梯度更大。我们模拟了具有等质量黑洞的双星，这些黑洞的自旋平行于双星轴，内禀星等为S/m^2= 0.75。我们的结果相比，有利的是，以前的模拟这个特定的系统。我们表明，移动穿孔方法产生稳定的模拟在最大空间分辨率高达M/160和持续时间高达相当于20个轨道周期。
2007-05-20 gr-qc
Approximate initial data for binary black holes
本文构造了准圆轨道上任意质量比的双黑洞的广义相对论约束方程的近似解析解。我们采用穿刺方法求解横截无迹分解中的约束方程，并考虑了Schwarzschild黑洞由于助推和伴星的存在而引起的扰动。这两个扰动的叠加，然后产生近似的，但完全解析的二元黑洞的初始数据是准确的，以一阶的逆的二元分离和平方的黑洞的动量。
2006-08-26 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 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
Black Hole Entropy from indistinguishable quantum geometric excitations
在圈量子引力中，黑洞视界的量子几何由离散的非微扰量子几何激发（或穿刺）组成，这些激发（或穿刺）由自旋标记，它们负责视界的量子面积。如果将这些穿刺与粒子气体相比较，则与穿刺相关联的自旋可以被视为类似于单个粒子能级的单个穿刺区域能级。因此，如果我们{ \it假定}这些穿刺是{ \it不可区分的}，视界的微观状态计数类似于粒子气体的玻色-爱因斯坦计数公式。为了从大面积极限中的熵计算遵循贝肯斯坦-霍金面积定律（BHAL），Barbero-Immirzi参数（$\g$）近似取恒定值。
2015-11-21 gr-qc hep-th
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
Conformal blocks on a 2-sphere with indistinguishable punctures and implications on black hole entropy
在带有自旋表象的威尔逊线存在的情况下，三重空间上的陈-西蒙斯理论的希尔伯特空间的维数，是通过利用它与水平为$k$的韦斯-祖米诺理论的联系，在2-球面上用相应的威尔逊线刺穿并带有各自的自旋表象的点（称为穿孔）来标记的。它示出，在弱耦合（大$k$）的限制，该公式approples成两个特征不同的部分，一个模仿的非相互作用的自旋系统的集合的希尔伯特空间的维数，另一个是一个有效的整体校正贡献的所有穿刺。从这个计数的精确公式产量已被证明早先已导致从考虑的穿孔是可区分的。我们调查相同的计数问题，考虑穿刺是不可区分的。虽然完整的公式仍然未被发现，但是，我们能够强加的近似公式中产生的弱耦合限制的不可区分的穿刺的相关统计。作为这种计数的含义，在其与量子几何方法中的黑洞熵计算的关系的上下文中，我们能够表明，对数面积校正，具有系数$-3/2$，导致这种熵计算方法，与穿孔是否可区分无关。
2016-10-06 gr-qc hep-th
Binary black hole initial data for numerical general relativity based on post-Newtonian data
为了进一步构造黑洞数值模拟的天体物理学真实的初始数据，我们首次推导了一组完全广义相对论性的初始数据，这些初始数据是基于3-度规和非本征曲率的后2-牛顿展开式.预计这样的初始数据提供了一个直接的联系与早期的螺旋阶段的双星系统。我们讨论了一个简单的数值实现，这是基于广义穿刺方法。此外，我们提出了一种方法来解决一些固有的模糊性映射后牛顿数据到解决方案的广义相对论约束。
2002-07-02 gr-qc
Stability of the puncture method with a generalized BSSN formulation
真空时空数值模拟中处理黑洞的穿刺方法与Einstein方程的BSSN形式相结合是非常成功的。我们研究了一个广义类的配方沿着线的拉古纳-舒梅克系统，包括BSSN作为一个特例。该配方是一个两个参数的泛化标准BSSN演进中使用的变量的选择。标准有限差分方法的数值稳定性被证明在平坦空间的线性区域的制定，其中一个特殊情况是BSSN的数值稳定性。数值的演变，并与一个标准的BSSN实现。我们发现，一个重要的部分参数空间导致稳定的演变和标准BSSN位于附近的稳定区域的边缘。非标准参数选择通常导致接近穿孔的演化变量的更平滑的行为，并且因此有希望提高精度，例如，长期BH二进制inspirals，并克服（数值）稳定性问题仍然遇到某些类型的黑洞模拟，例如，在$D \ge 6$维度上。
2011-06-08 astro-ph.HE 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
Galerkin-Collocation domain decomposition method for arbitrary binary black holes
在数值相对论中的ADM 3+1方法的基础上，提出了一种新的双区域Galerkin配置法的计算框架。这项工作使我们能够执行高分辨率的计算初始设置的两个任意黑洞。我们用Bowen-York方法求解二元系统，用穿刺方法求解哈密顿约束。非线性数值代码使用标准Newton-Raphson方法、LU分解和高斯求积来求解谱模式的方程组。我们证明了我们的代码的共形因子和ADM质量的收敛性。因此，我们显示出不同的质量，自旋和线动量的共形因子的功能。
2018-05-07 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
Foundations of multiple black hole evolutions
我们提出的技术，长期，稳定，准确的多黑洞时空的演变，使用“移动穿刺”的方法与四阶和八阶有限差分stenomaries。我们利用这些技术研究了一个由第三个黑洞接近一个准圆形黑洞双星组成的等级系统中三个黑洞的结构，发现根据双星的大小，所产生的相遇可能导致所有三个黑洞的迅速合并，产生一个高度椭圆的双星（第三个黑洞保持未束缚），或者双星系统的破坏（导致三个自由的黑洞）。我们还分析了经典的Burrau三体问题，使用完整的数值演化。在这两种情况下，我们发现行为明显不同于牛顿的预测，这对N体黑洞模拟具有重要意义。对于我们的模拟，我们使用解析近似数据。我们发现，第八阶stenerance显着减少我们选择的网格大小的数值误差，近似的初始数据产生预期的波形（重新缩放后的穿刺群众）的黑洞二进制与适度的初始分离。
2008-03-03 astro-ph gr-qc
Modifications for numerical stability of black hole evolution
我们的实验与几个新的修改Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura（BSSN）制定的爱因斯坦场方程，并演示这些修改如何影响数值黑洞演化计算的稳定性。通过这些改进，我们演化了单个非旋转的切除Kerr-Schild黑洞和穿孔的二元黑洞，并获得了精确和稳定的模拟。
2012-08-12 gr-qc
High-spin binary black hole mergers
我们研究自旋垂直于双星轨道平面的质量相同的黑洞双星。这些二进制文件具有范围从$s/m^2=-0.90$到0.90（在所有情况下为$s_1 = s_2$）的单个自旋，这接近标准Bowen-York穿刺初始数据可能的极限。极端情况对应于迄今为止最大的初始尾旋模拟。我们的结果扩展了Rezzolla { \it et al.}结合这两个数据集，我们分别得到了$J/M^2=0.341 \pm 0.004$和$0.951 \pm 0.004$的双星黑洞合并残余的内禀角动量的最小值和最大值的估计.然而，请注意，这些值是通过外推到奇异情况$|s_1| = |s_2| = 1$而得到的，因此在全面的数值模拟提供确认之前，这些值仍保持为{ \it估计值}。
2008-02-22 gr-qc
Rio: A new computational framework for accurate initial data of binary black holes
我们提出了一个计算框架（里约）的ADM 3+1方法的数值相对论。这项工作使我们能够对任意两个黑洞的初始数据进行高分辨率的计算。我们采用横向适形治疗、Bowen-York和穿刺方法。对于哈密顿约束的数值解，我们使用Galerkin配置的区域分解和谱分解。非线性数值代码使用标准Newton-Raphson方法、LU分解和高斯求积来求解谱模式的方程组。我们展示了Rio码的收敛性。此代码允许轻松部署大型计算。我们展示了其中一个黑洞的自旋是如何体现在共形因子中的。
2018-05-23 gr-qc
Binary Black Hole Mergers in 3d Numerical Relativity
基于黑洞的穿刺表示，采用与时间无关的共形重标度，将基于最大切片和消失位移的ADM公式的黑洞数据数值演化的标准方法推广到包含线性动量和自旋的黑洞的非对称黑洞数据.我们给出了一个具体的三维数值实现的例子。模拟的主要结果是，这种方法首次允许通过黑洞螺旋的合并阶段的一个短暂时期来演变。
1999-03-11 astro-ph gr-qc
Adapted gauge to a quasilocal measure of the black holes recoil
我们探讨不同的规范选择在移动穿刺制定，以提高线性动量测量的准确性评估的残留黑洞合并产生的二进制的地平线上。特别是，受常数值研究的启发，我们通过可变移位参数$mη(\vec{r}(t))$设计了一个规范，使得它具有较低的渐近（在轨道穿刺）值，而在最终的孔视界的标准值为2。这个选择然后跟随残余的黑洞，因为它的净反冲速度移动。我们发现，这种选择保持了准确性的二进制的演变，一旦渐近值的参数$mη$被选择约或低于1.0，它产生更准确的结果比相应的评价在无穷远的辐射线动量的反冲速度，典型的数值分辨率。我们还发现，选择的$\partial_t$规范（在我们的工作分辨率）是更准确的计算反冲速度比$\partial_0$规范在这方面。详细研究了不等质量的$q=m_1/m_2=1/3$ nonspinning二，然后验证其他质量比$(q=1/2,1/5)$和旋转$(q=1)$二黑洞合并。
2020-06-08 astro-ph.HE gr-qc
Bowen-York Type Initial Data for Binaries with Neutron Stars
介绍了一种构造含有中子星成分的双星系统初始数据的新方法。该方法是基于动量约束的Bowen-York解的二元黑洞穿刺初始数据方法的推广。与二元黑洞一样，该方法允许直接从后牛顿近似输入来设置轨道配置，并且只涉及求解哈密顿约束。以双中子星和黑洞-中子星双星在准圆轨道上的演化为例，验证了该方法的有效性。
2016-06-15 astro-ph.CO gr-qc
Multi-Domain Spectral Method for Initial Data of Arbitrary Binaries in General Relativity
提出了一种计算广义相对论中二元系统初始数据的多域谱方法。利用自适应保角坐标，将引力源外的真空区域分成两个子域，在子域内进行场量的谱展开。如果双星的一个组成部分是一颗中子星，那么就增加了一个复盖恒星内部的子域。因此，该方法可以用来构造任意的初始数据对应的双黑洞，双中子星或混合双星。特别地，可以通过穿刺和切除技术来描述黑洞成分。第一个例子给出的二进制黑洞切除数据，满足要求的准静态框架，它结合了共形薄三明治制定的约束方程与孤立视界条件的黑洞在准平衡。这些数值解得到了非常高的精度与适度的计算工作。此外，该方法被证明是适用的，即使当倾向于限制的情况下，如大的质量比的二进制组件。
2007-09-21 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
Approximate Solutions to the Binary Black Hole Initial Value Problem
我们提出了近似的解析解的哈密顿量和动量约束方程，相应的系统组成的两个黑洞与任意的线性和角动量。这些初始数据的解决方案的分析性质，使他们更容易实现的数值演化比传统的数值方法求解椭圆方程推导出爱因斯坦约束。
2001-01-16 gr-qc
An approximate binary-black-hole metric
通过将一个后牛顿度规与两个受扰的史瓦西度规相匹配，构造了两个在圆轨道上相距很远的非旋转黑洞的爱因斯坦方程的近似解.时空度规是在一个单一的坐标系有效的黑洞的视视界。这个度规在双黑洞的数值模拟中可能是有用的。从这个度规中提取的初始数据具有与双星系统的早期螺旋相联系的优点，并且不包含虚假的引力波。
2000-02-03 gr-qc
Self force via m-mode regularization and 2+1D evolution: Foundations and a scalar-field implementation on Schwarzschild
为了模拟极端质量比的双螺旋（LISA任务的关键目标）的辐射演化，该社区需要有效的方法来计算克尔时空上的引力自作用力（SF）。在这里，我们进一步开发了一个实用的“$m$模式正则化”计划SF计算，并给出第一个实施的细节。该方法的关键步骤是（i）用适当的“穿刺”去除扰动场的奇异部分，以在围绕粒子世界线的有限世界管内留下足够规则的残差，（ii）在方位角上分解，（$m$ -）模式，（iii）用有限差分格式在2+1D中的$m$ -模式的数值演化，以及（iv）从模和重构SF。该方法依赖于一个明智的选择穿刺，基于Detweiler-Whiting分解。我们给出了一个工作定义的“秩序”的穿刺，并显示它如何确定的收敛速度的$m$模式和。SF的耗散部分显示指数收敛的模式和，而保守部分的$m$模式和收敛于幂律。在后一种情况下，个体模态贡献在大$m$处下降，对于偶数$n$为$m^{-n}$，对于奇数$n$为$m^{-n+1}$，其中$n$是穿孔顺序。我们描述了一个$m$模式的实现与四阶穿刺计算沿圆测地线上史瓦西的标量场SF。在即将发表的姊妹论文中，我们将计算扩展到克尔时空。
2010-10-25 astro-ph.HE gr-qc
