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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Maximal Slicing for Puncture Evolutions of Schwarzschild and Reissner-Nordström Black Holes
我们证明了明确的建设，存在一个最大的史瓦西时空切片，使流逝有零梯度穿刺。这种边界条件已被观察到举行的数值演变，但在过去，它是不清楚是否数值获得的最大切片存在解析。我们的分析结果与数值模拟一致。给定的分析形式的流逝，我们可以得出，在晚些时候的事件视界的流逝的值接近值${3/16}\sqrt{3} \approx 0.3248$，证明数值估计0.3已用于黑洞切除在数值模拟。我们提出了我们的结果的非极值Reissner-Nordström度量，推广以前的建设最大的切片。
2004-02-11 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
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
Acceleration of charged particles from near-extremal rotating black holes embedded in magnetic fields
本文的目的是评估带电测试粒子在有磁场存在的近极值旋转黑洞附近的运动。用欧拉-拉格朗日运动方程和有效势方法描述了赤道平面外的运动。这种方法具有特殊的意义，例如，旋转黑洞的吸积过程。一般来说，关于吸积的研究主要集中在粒子在赤道平面内运动的最简单情况。在这里，我们将考虑最初围绕某个特定轨道运动的粒子可能会受到沿$θ$方向的反冲的扰动，从而产生其他可能的轨道。我们证实了超高能宇宙射线将产生在活动星系核的中心，对于一个特定的磁场幅度范围内的可能性，因为它是可能的，超高的质心能量可以产生的粒子碰撞附近的视界快速旋转的黑洞。
2020-06-29 astro-ph.HE gr-qc
Inside the Final Black Hole: Puncture and Trapped Surface Dynamics
在黑洞双星的数值模拟中，一种流行的方法是将黑洞模拟为时空结构中的穿孔。黑洞穿刺的位置和性质的跟踪与表观地平线，即最外边缘外捕获表面（MOTS）。当两个黑洞相互靠近时，一个共同的视视界突然出现，吞没了两个黑洞，发出了合并的信号。在动力学视界的框架下，详细研究了常见视视界的演化及其与引力波发射的关系。我们提出了一个MOTS的动力学和他们的穿刺在内部的最终黑洞的研究。研究的重点是各种初始分离和质量比的迎面合并。我们发现，MOTS相交的参数空间的大部分。我们表明，对于那些情况下，他们不，这是因为在研究中使用的移动穿刺规范条件的奇异性避免属性。虽然我们无法进行足够长的时间来显示穿孔的最终命运的演变，我们的研究结果表明，MOTS总是相交的，在晚些时候，它们的重叠只是部分的。因此，MOTS内的穿孔尽管彼此足够接近以有效地充当单个穿孔，但不会合并。
2020-04-24 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 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
Periastron precession for an extremal spherically symmetric dilaton black hole
本文的目的是得到一个自由粒子围绕极端球对称黑洞运动的近星点进动。我们利用广义相对论运动方程的相平面分析，得到了近星点岁差的计算公式。
2019-03-24 gr-qc
The Influence of Stable Photon Sphere Advent on Orbital Precession in moving towards the Extremality
University of Mazandaran（马赞德兰大学）；Damghan University（达姆甘大学）
本文通过逐帧绝热近似，研究极端极限下黑洞质量动态变化对试验粒子近心点移动的影响，并探讨其作为弱引力猜想一致性检验的可行性。
2026-07-14 gr-qc hep-th
Slicing conditions for axisymmetric gravitational collapse of Brill waves
在数值相对论中，包含紧致强引力物体的时空被构造为爱因斯坦方程的数值解。这种过程的成功在很大程度上取决于适当坐标的可用性，这些坐标通常是动态构建的。一个非常稳健的坐标选择是所谓的移动穿刺规，通常用于黑洞时空的数值模拟。然而，它是已知的失败的演变近临界布里渊波数据。我们构造了一个新的“准最大”切片条件，并证明它具有更好的行为，这样的数据。这个条件是基于1+log切片与一个额外的源项来自最大切片。它在现有的移动删截码中实现相对简单，并且计算成本低。我们还说明了构造的时空的性质的基础上，规范独立的量在紧致时空图。这些不变量也被用来显示如何创建黑洞定居下来的史瓦西黑洞。
2019-08-16 gr-qc
On the fundamental length of quantum geometry and the black hole entropy
面积、体积和长度的几何算符依赖于量子几何的基本长度l，它是先验任意的，而不等于普朗克长度l_P。基本长度l和伊米尔齐参数$γ$相互决定。对于任何l，熵公式以长度间隙sqrt{{sqrt 3}/2}（sqrt{gamma} l）为单位最自然地呈现。与l的选择无关，在经典几何极限下由量子几何导出的黑洞熵与贝肯斯坦-霍金形式完全一致。量子表面几何的1-穿刺态的极值对应于极值弦而不是经典视界。
1999-05-17 gr-qc
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
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
Quanta of Geometry and Rotating Black Holes
在量子引力的回路方法中，对应于长度、面积和体积等几何量的算符的谱被量子化。然而，普朗克单位的几何量子的大小并不是由理论本身固定的：一个自由参数，有时被称为伊米尔齐参数，已知会影响所有几何算符的谱。在本文中，我提出了一个参数，固定这个参数的值。我考虑旋转的黑洞，特别是极端的黑洞。对于这样的黑洞，“无裸奇点条件”将总角动量J限定在A_H/8 π G的范围内，其中A_H是视界面积，G是牛顿常数。J的一个类似的束缚来自于量子理论。这两个边界相同的要求将Immirzi参数的值固定为1。这个论证的一个副产品是量子极值旋转黑洞的图像，其中所有进入极值黑洞的自旋都集中在一个单一的穿刺中。
1999-02-04 gr-qc
Conformal mechanics inspired by extremal black holes in d=4
用两种不同的方法构造了四维极端黑洞视界附近大质量相对论粒子运动模型与传统共形力学之间的正则变换。第一种方法利用角扇区中的作用角变量。第二种方案依赖于系统在Liouville意义下的可积性。
2011-11-18 gr-qc hep-th
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
Rotating Ayón-Beato-García black hole as a particle accelerator
研究了两个质量相等的粒子在旋转规则Ayón-Beato-García（ABG）黑洞（BH）视界附近的赤道平面内的碰撞，计算了极端和非极端情况下碰撞粒子的质心能量.结果表明，CM能量不仅依赖于旋转参数$a$，而且依赖于电荷$Q$ .特别是对于极端旋转的规则ABG BH，两个碰撞粒子的CM能量可以任意高的粒子的临界角动量。此外，我们还表明，对于一个非极值BH，存在一个有限的上限的CM能量，这与电荷$Q$的变化。一个比较，与克尔和克尔-纽曼黑洞，包括在内。
2014-10-21 astro-ph.HE gr-qc hep-th
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
Photon emissions from near-horizon extremal and near-extremal Kerr equatorial emitters
我们认为各向同性和单色光子发射赤道发射器移动沿未来定向类时测地线在近地平线极值克尔（NHEK）和近地平线近极值克尔（近NHEK）地区，渐近无穷大。我们得到的光子逃逸概率（PEP）的数值结果，并推导出解析表达式的逃逸光子的最大可观测的蓝移（MOB），都取决于发射半径和发射器的自行车。特别是，我们发现，对于所有的反陷入或偏转的发射器，最终可以达到渐近无穷大，PEP是大于$50\%$，而对于所有陷入发射器的PEP是小于$55\%$，并在（近）NHEK区域的有界发射器，PEP总是小于$59\%$。此外，对于近NHEK区不稳定圆轨道上的辐射源，随着轨道半径从最内层稳定圆轨道减小到视界半径，PEP从$55\%$减小到$50\%$.此外，我们展示了发射器沿径向或方位角方向的运动方向如何影响所发射光子的PEP和MOB。
2021-12-04 gr-qc
The string spectrum on the horizon of a non-extremal black hole
我们研究了对应于一般五维非极值黑洞解的共形弦$σ$模型。在视界区域，理论简化为精确可解的共形场论。我们确定了物理弦态的模不变谱，它表示Rindler动量算符的三个电荷和弦振子。对于带缠绕和Kaluza-Klein荷的黑洞，我们发现只有右移激发态的ADM质量等于黑洞的ADM质量，因此它们可以作为引力场的源.对统计熵进行了讨论。
1996-06-07 gr-qc hep-th
Near horizon extremal Myers-Perry black holes and integrability of associated conformal mechanics
研究了（2N+1）维极值Myers-Perry黑洞中具有任意转动参数的探测粒子在视界附近运动的动力学行为.我们观察到，在最一般的情况下，与非相等的非零旋转参数的系统承认分离的变量在N维椭球坐标。这使我们能够找到相应的Hamilton-Jacobi方程的解决方案，并写下明确的刘维尔运动常数的表达式。
2017-10-07 gr-qc hep-th math-ph
Gravitational waves from black hole-neutron star binaries I: Classification of waveforms
利用我们的新的数值相对论程序SACRA，对黑洞（BH）-中子星（NS）双星的螺旋和合并过程进行了长期模拟，重点研究了引力波形。作为初始条件，采用改进的移动穿孔方法制备了处于准平衡态的BH-NS二元系。BH采用无旋运动穿刺模型，NS采用$Γ=2$多方状态方程和无旋速度场。BH与NS的质量比$Q=M_{\rm BH}/M_{\rm NS}$在1.5和5之间的范围内选择。由${\cal C}=GM_{\rm NS}/c^2R_{\rm NS}$定义的NS的紧凑度被选择为在0.145和0.178之间。对于大的$Q$值，NS不被潮汐破坏，只是被BH吞噬，引力波的特点是螺旋，合并，和振铃波形。在这种情况下，波形定性地与BH-BH双星的波形相同。对于足够小的$Q \alt 2$值，NS可能在被BH吞噬之前被潮汐破坏。在这种情况下，合并和衰荡波形的振幅非常低，因此，引力波的特征在于螺旋波形和随后的快速衰减。合并和振铃波形的差异清楚地反映在频谱形状和"截止"频率上，在该频率以上频谱振幅急剧下降。当NS没有潮汐中断时（例如，对于Q = 5），由非对称引力波辐射引起的反冲速度与BH-BH双星合并时的反冲速度近似一致，而在发生潮汐扰动的情况下，反冲速度被显著抑制。
2012-07-22 astro-ph.HE 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
Relativistic radiation hydrodynamics in a reference-metric formulation
我们采用了两个时刻的形式主义，连同参考度量的方法，表达的相对论辐射流体力学方程的形式，是非常适合于在曲线坐标系中的数值实现。我们说明的方法，采用灰色不透明的光学厚介质。作为数值演示，我们提出了两个测试问题，即固定，平板对称的解决方案，在平坦的时空，包括冲击，并加热奥本海默-斯奈德崩溃的黑洞的结果。对于后者，我们仔细分析了从初始瞬态过渡到后瞬态阶段，这是很好地描述了一个分析已知的扩散解决方案。我们讨论的数值解的性质时，在移动穿刺坐标。
2020-09-18 astro-ph.HE 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
Extraction of energy from an extremal rotating electrovacuum black hole: Particle collisions along the axis of symmetry
在极端Reissner-Nordström时空中，如果其中一个粒子被微调，并且碰撞点靠近视界，那么径向运动的带电测试粒子可以发生高能碰撞。这是Banados-Silk-West（BSW）效应的类比，该效应最初是在极端克尔黑洞中描述的。然而，它在能量提取方面有很大的不同：与原始的BSW过程不同，对于带电版本，没有发现碰撞中产生的逃逸测试粒子的质量和能量的无条件上限。我们发现，这些结果可以复制的带电测试粒子沿轴的一般极端旋转电真空黑洞的运动，也包括Schnittman型过程与反射微调粒子。这使得高能量提取的可能性更接近天体物理学黑洞，黑洞可以快速旋转，并由于与外部磁场的相互作用而具有小的“Wald电荷”。然而，我们发现许多警告，可以使能量提取不可行，尽管缺乏无条件的运动学界限。
2019-10-15 gr-qc
Quantum Geometry of Isolated Horizons and Black Hole Entropy
利用早期发展的经典哈密顿框架作为出发点，我们进行了一个非微扰量子化的部门的广义相对论，耦合到物质，承认非旋转孤立的地平线作为内边界。重点是视界的量子几何。体量子几何的聚合物激发穿透视界，赋予视界面积。视界的内禀几何可以用量子Chern-Simons理论来描述，该理论是关于在一个穿孔的2-球面（视界）上的U（1）连接。量子陈-西蒙斯理论的微妙数学特征对于视界几何的相干量子理论的存在是重要的。启发式地，内禀几何除了在穿刺处之外在任何地方都是平坦的。U（1）连接在穿孔处的分布曲率产生了量化的亏损角，这些亏损角占了总曲率。对于宏观黑洞，视界微观态的对数与面积成正比，与（非引力）电荷的值无关。因此，黑洞熵可以完全由视界几何的量子态来解释。我们的分析适用于所有的非旋转黑洞，包括天体物理学上有趣的是非常远离极端。此外，宇宙学视界（已知统计力学考虑适用于此）自然纳入。已作出努力，使文件自成一体，包括对背景材料的简短评论。
2000-05-29 gr-qc hep-th
Extra-Large Remnant Recoil Velocities and Spins from Near-Extremal-Bowen-York-Spin Black-Hole Binaries
我们演化出等质量、等自旋的黑洞双星，其特定自旋为a/mH 0.925，是迄今为止模拟的最高自旋，几乎是鲍文-约克黑洞的最大可能自旋，在一组自旋反向对齐并指向轨道平面的配置中，这使合并残余物的反冲速度最大化，以及其中两个自旋指向与轨道角动量相同的方向的配置，这使得轨道悬挂效应和剩余自旋最大化。在这些情况下，各个视层位的坐标半径非常小，并且模拟需要非常高的中心分辨率（h ~ M/320）。我们发现，这些高度旋转的洞达到最大反冲速度~3300公里/秒（迄今为止最大的模拟），并为挂起配置，剩余自旋的a/mH 0.922。这些结果与我们以前的预测一致的最大反冲速度~4000公里/秒和残余自旋;后者加强了宇宙审查制度不违反合并高自旋黑洞双星的预测。我们还数值求解了一个最大Bowen-York自旋黑洞的初始数据，并对其进行了演化，证实了3度规在穿刺处具有O（1/r^2）的奇异性，而不是通常在非最大自旋情况下看到的O（1/r^4）的奇异性。
2008-07-17 astro-ph gr-qc
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
On integrability of geodesics in near-horizon extremal geometries: Case of Myers-Perry black holes in arbitrary dimensions
研究了任意维极端Myers-Perry黑洞近视界极限中探测粒子的动力学行为。采用椭球坐标，我们证明了这个问题是可积和可分的，扩展了arXiv：1703.00713中讨论的奇维情况的结果。我们找到了这些系统的Hamilton-Jacobi方程的通解，给出了Liouville积分的显式表达式，讨论了Killing张量和相关的运动常数。我们分析了特殊情况下的背景近地平线几何系统具有更多的运动常数，因此是超可积的。最后，我们考虑了奇维Myers-Perry黑洞的近视界极值消失视界情形，证明了这种几何上的测地线方程也是可分的，并求出了它的运动积分。
2018-02-23 gr-qc hep-th math-ph
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
Optimization of entanglement depends on whether a black hole is extremal
本文研究在 Reissner-Nordström 黑洞时空中，通过调整 Unruh-DeWitt 探测器的跃迁能，可在极端与非极端背景下实现纠缠的最优化。
2024-05-30 gr-qc hep-th quant-ph
Bondi Accretion in Trumpet Geometries
描述气体径向流入非旋转黑洞的邦迪解，为数值相对论代码提供了强有力的检验。然而，Bondi解通常是在史瓦西坐标系中导出的，这并不适合于动力学时空演化。相反，许多目前的相对论数值代码采用移动穿刺坐标，这使得黑洞在喇叭几何。在这里，我们将邦迪解转换成喇叭坐标，这导致了延伸到黑洞内部的流体流动的正则表达式。我们还发展这些解决方案的数值和证明其有用的测试和校准数值代码。
2017-01-24 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
Note on constants of motion in conformal mechanics associated with near horizon extremal Myers-Perry black holes
研究了（2N+1）维极值Myers-Perry黑洞（N= 3，4，5）中具有任意转动参数的探测粒子在视界附近运动的动力学.最近已经表明arXiv：1703.00713v1 [hep-th]，在最一般的情况下，非相等的非零旋转参数的系统承认分离的变量在N维椭球坐标。我们写下了运动的刘维尔积分的显式表达式，在arXiv：1703.00713v1 [hep-th]中给出，在椭球坐标系中，在初始的“笛卡尔”坐标系中，在7维，9维和11维中，并发现这些表达式在任何维中都成立。然后，取所有转动参数相等的极限，我们揭示了这些N-1个运动积分中的每一个都导致了具有相等非零转动参数的（2N+1）维MP黑洞的球力学的哈密顿量。
2017-06-16 gr-qc hep-th math-ph
Self-Reflection in a Moving Mirror
Nazarbayev University（纳扎尔巴耶夫大学）；National Taiwan University（台湾大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
本文研究了在平直时空中加速边界类比下的霍金型辐射，其具有无限渐近加速度（类黑洞情形中的径向加速度）但总辐射能量有限（类黑洞情形中表面引力为零）。通过统一研究其散射对称性、视界形成、渐近极端加速度、有限总辐射能量以及局部能量流与全局粒子产生之间的区别，揭示了正常和极端黑洞性质的混合特性。
2026-03-30 gr-qc quant-ph
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
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
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
