Axisymmetric Simulations of Rotating Stellar Collapse in Full General Relativity --- Criteria for Prompt Collapse to Black Holes
受波茨坦数值相对论小组最近一篇论文的启发，我们构造了一个新的完全广义相对论下轴对称系统流体动力学模拟的数值程序。在这个代码中，我们解决了爱因斯坦场方程使用笛卡尔坐标与适当的边界条件。另一方面，在圆柱坐标系下求解流体动力学方程。使用这个代码，我们进行模拟研究旋转恒星的轴对称坍缩，从而成为黑洞或新的致密恒星，在完全广义相对论。为了研究旋转对黑洞迅速坍缩判据的影响，我们首先采用多方状态方程$P=Kρ^Γ$，其中$P$，$ρ$和$K$是压力，静止质量密度和多方常数，$Γ=2$ .在这种情况下，塌陷是绝热的（即，熵没有变化），我们可以专注于旋转的裸效应。作为初始条件，我们准备了处于平衡态的刚性和差动旋转的恒星，然后降低压力诱导坍缩。在本文中，我们考虑的情况下，$q \equiv J/M_g^2 < 1$，其中$J$和$M_g$是角动量和引力质量。研究发现，黑洞形成的判据强烈依赖于角动量参数$q$。对于$q < 0.5$，该判据对$q$并不敏感;更准确地说，如果静止质量略大于球形恒星的最大允许值，则形成黑洞。然而，对于$q \alt 1$，它发生了显著的变化：对于$q \simeq 0.9$，最大允许静止质量变成了$\sim 70$ -比球形恒星大80%。
2000-07-19 gr-qc
Gravitational collapse of spherically symmetric stars in noncommutative general relativity
研究了一类球对称恒星的引力坍缩。我们用形变量子化方法对描述引力坍缩的几何进行量子化。这就产生了具有引力坍缩的非对易时空。
2010-05-11 gr-qc hep-th
Modified general relativity as a model for quantum gravitational collapse
本文研究了球对称下无质量Einstein-Klein-Gordon系统的一类Hamilton形变，狄拉克约束代数对这类形变是封闭的。该系统可被认为是量子引力坍缩的有效方程。在观察到由于形变，标量场通量不再沿度规零方向的指导下，我们发现方程在特征坐标下具有简单的形式。我们分析这些方程的数值方法的独特组合，并发现，Choptuik的质量标度律修改的质量间隙以及锯齿状振荡。此外，该方法对不同的初始数据剖面具有通用性，对变形的变化具有鲁棒性。
2011-11-26 gr-qc
Nonsingular Black Holes From Charged Dust Collapse: A Concrete Mechanism to Evade Interior Singularities in General Relativity
Universidade do Estado do Rio de Janeiro（里约热内卢州立大学）
研究通过带电流体与暗能量相互作用，提出非奇异内部解，匹配Reissner-Nordström-de Sitter外部几何，并探讨极端配置下的熵模型扩展。
2026-05-13 gr-qc
Collapsing and Expanding Cylindrically Symmetric Fields with Ligh-tlike Wave-Fronts in General Relativity
在广义相对论中，用Barrabes-Israel方法研究了具有类光波前的柱对称引力场和物质场的坍缩和膨胀动力学.作为一般公式的应用，研究了在平坦时空背景中满足条件R_{AB} g^{AB} = 0，（A，B = z，phi）的物质场的坍缩.特别地，我们发现在平坦的时空背景下，纯引力波或零尘埃流体的引力坍缩是不可能实现的。进一步研究了纯引力波的坍缩，得到了这种坍缩的一般条件，表明波到达轴后，一般一部分沿未来光锥反射到类空无穷远，一部分聚焦在对称轴上形成时空奇点.的情况下，塌缩不会导致时空奇点的形成也被确定。
2002-08-01 gr-qc
Numerical Relativity with Arbitrary Precision Arithmetic: Applications to Gravitational Collapse
数值相对论是一个成熟的领域，在天体物理学、宇宙学甚至基础物理学中都有许多应用。因此，我们正在进入一个阶段，在这个阶段中，正在开发适应于开放问题的新的复杂方法。在本文中，我们提倡使用伪谱配置（PSC）方法结合高阶精度算法的数值相对论问题的高精度和性能的要求。PSC方法提供指数收敛（对于光滑问题，如数值相对论中的许多问题），并且我们可以使用不同的位精度，而不需要改变数值算法的结构。此外，PSC方法提供信息的高压缩存储。我们介绍了一系列的技术相结合，这些工具，并显示其潜力在两个问题中的相对论性引力坍缩：（一）经典的Choptuik崩溃，估计任意精度的视视界的位置。(ii)在渐近反德西特时空中的坍缩，表明总能量被数值演化保持到非常高的精度。
2020-02-26 gr-qc physics.comp-ph
Naked Singularity, Black-hole and the Mass Loss in a Spherically Symmetric Gravitational Collapse
在引力坍缩过程中形成的裸奇点和黑洞之间的一个可区分的物理性质对实验和理论相对论都有重要的意义。我们在广义相对论的框架内研究了球对称引力坍缩过程中辐射的能量。结果表明，在坍缩过程中辐射的总能量（质量损失）在一个裸奇点的情况下结束不能超过的情况下，当坍缩方案结束于一个黑洞。在这里考虑的感兴趣的情况下（例如具有相同质量、大小和内部成分的恒星），在黑洞中结束的坍缩释放的总能量可以比其他情况大得多。
2001-11-07 gr-qc
Collapse of magnetized hypermassive neutron stars in general relativity
超大质量中子星（HMNSs）--由快速差速旋转支撑的平衡构型--可能是双中子星合并的瞬态残留物。使用新开发的代码在动态时空的磁流体动力学模拟，我们能够跟踪的磁化HMNS在充分的广义相对论的演变。我们发现由于磁制动和磁旋转不稳定性引起的长期角动量输运导致HMNS坍缩成旋转黑洞，并伴随着引力波爆发。初生黑洞被一个正在准静态吸积的炽热大质量环面和一个准直磁场所包围。这种情况表明，HMNS坍缩可能是短伽马射线暴的中心引擎。
2005-12-09 astro-ph gr-qc
Stability and collapse of rapidly rotating, supramassive neutron stars: 3D simulations in general relativity
我们在完全广义相对论下进行了三维数值模拟，研究了快速旋转的超大质量中子星在质量脱落极限下的动力学坍缩稳定性。我们采用了绝热状态方程与$Γ= 2$和重点放在均匀旋转的恒星。我们发现，发病的动力学不稳定性沿质量脱落序列几乎与发病的长期不稳定性。不稳定的恒星在大约一个旋转周期内坍缩成旋转的黑洞。我们还研究了稳定的恒星，已不稳定的压力耗尽（例如，通过相变）或质量吸积的崩溃。在任何情况下，我们都没有发现在新形成的克尔黑洞周围形成大质量盘或任何喷出物的证据，即使祖先正在快速旋转。
1999-11-16 astro-ph gr-qc
On the collapse in fourth order gravities
由标量曲率的任意作用定义的四阶引力理论中的引力坍缩与广义相对论有很大的偏差。新的标量模的存在产生了更高的初始收缩，有利于减少崩溃的时间。然而，根据特定的模型，当对广义相对论坍缩的修改离开线性状态时，存在根本的差异。这些分析可用于排除与其他引力模型相关的参数空间的重要区域。
2012-10-30 gr-qc
3D Collapse of Rotating Stellar Iron Cores in General Relativity including Deleptonization and a Nuclear Equation of State
我们目前的结果，从第一个二维和三维模拟的广义相对论采用有限温度状态方程和近似处理的塌缩过程中的去质子化的旋转恒星铁芯的崩溃。我们比较了完全非线性和共形平坦的时空演化方法，发现共形平坦的处理是足够准确的核心坍缩超新星问题。我们重点讨论了旋转坍缩、地核反弹和早期后反弹阶段的引力波（GW）发射。我们的研究结果表明，这些阶段的GW签名比以前估计的更通用。此外，我们跟踪的增长占主导地位的m = 1字符的非轴对称不稳定性，在我们的模型之一，导致延长窄带GW发射在~930 Hz超过几十毫秒。
2007-05-01 astro-ph gr-qc
Spherical trapped surfaces in n-dimensional general relativity
本文研究n维广义相对论中含尘埃、理想流体及黏性物质的引力坍缩，通过调整能量-动量张量参数确定陷俘区域与球形临界陷俘面，揭示初始数据影响奇点形成并支持宇宙监督意义下的视界覆盖。
2025-05-15 gr-qc
Numerical Relativity Beyond Astrophysics
虽然计算机模拟在相对论中的主要应用是天体物理系统，如黑洞和中子星，但数值方法在广义相对论的研究中也有重要的应用，广义相对论是时空本质的基础理论。本文概述了其中的一些应用。特别是，我们涵盖（i）调查的时空奇异性的性质，如那些发生在内部的黑洞和大爆炸宇宙学。(ii)研究了引力坍缩中黑洞形成的临界行为。(iii)弦论启发的研究，特别是在超过4个时空维度的黑洞和引力坍缩与负宇宙学常数时空的类似物。
2016-06-09 gr-qc
Rotating Collapse of Stellar Iron Cores in General Relativity
我们目前的结果，从第一个2+1和3+1模拟的广义相对论采用有限温度状态方程和近似处理的塌缩过程中的去质子化的旋转恒星铁芯的崩溃。我们比较了完整的3+1和共形平坦的时空演化方法，发现共形平坦的处理是足够准确的核心坍缩超新星问题。我们重点讨论了旋转坍缩、地核反弹和早期后反弹阶段的引力波（GW）发射。我们的研究结果表明，这些阶段的GW签名比以前估计的更通用。此外，我们跟踪增长的非轴对称不稳定性占主导地位的m = 1字符在我们的两个模型，导致延长窄带GW发射在~ 920-930赫兹超过几十毫秒。
2007-04-03 astro-ph gr-qc
Gravitational collapse in Quadratic Gravity
本文在二次引力有效场论框架下研究无质量标量场的引力坍缩，采用降阶方法消除高阶导数自由度，并通过数值模拟发现曲率不变量动力学显著偏离广义相对论，同时讨论了方法的局限性与不稳定性。
2023-07-27 gr-qc
The Schwarzschild metric and the Friedmann equations from Newtonian Gravitational collapse
众所周知，史瓦西空间的0 - 0分量可以通过缓慢运动粒子的测地线与牛顿方程匹配的要求来获得。给出这个结果，我们在这里表明，其余的组件可以通过要求，在一个自由落体半径与外部空间相匹配的牛顿尘埃球的内部确定该空间是史瓦西，如果没有病理存在。我们也能够确定，在牛顿宇宙学中出现的积分常数，与FLRW度规的空间曲率一致。这些结果至少在两个方面是有趣的，一个是从它的教学价值的角度来看，实际上不使用爱因斯坦方程的教学广义相对论和第二，事实上，一些结果归因于广义相对论可以得到不使用广义相对论表明，这些结果比特定的动力学指定的广义相对论更普遍。
2015-05-29 gr-qc
Spherical dust collapse in bimetric relativity: Bimetric polytropes
本研究提出求解Hassan-Rosen双度量理论约束方程的方法，确定球对称尘埃坍缩初始数据，得到类似广义相对论多方流体的广义Lane-Emden方程，通过3+1形式数值模拟显示早期坍缩与广义相对论类似且无不稳定。
2019-04-18 gr-qc hep-th
Schwarzschild black hole revisited: Before the complete collapse
本文在广义相对论框架下构造在视界处与 Schwarzschild 外部平滑连接的奇异及正则内部几何，并提出正则解可作为引力坍缩终态的替代方案。
2024-05-10 gr-qc
Criticality in the collapse of spherically symmetric massless scalar fields in semi-classical loop quantum gravity
在最近的一篇论文中，我们证明了球对称圈量子引力中无质量、最小耦合标量场的单参数初始数据族坍缩成黑洞的过程表现出与经典广义相对论中相似的普适质量标度。特别是，没有证据表明出现了质量差距已经建议由以前的研究。质量差的缺乏表明可能存在一个像广义相对论那样的自相似临界解。在这里，我们为它的存在提供了进一步的证据。使用自适应网格细化代码，我们表明，“回声”出现的结果，在时空中的离散自相似性。我们还表明，存在的“摆动”的质量标度关系，在经典理论。从半经典理论的结果与经典广义相对论的结果一致，除非一个不切实际的大值的聚合参数。
2021-06-01 gr-qc
Approximating General Relativity in Core-Collapse Supernova Simulations
National Center for Computational Sciences, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室国家计算科学中心）；Physics Division, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室物理部）；Department of Physics and Astronomy, University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学诺克斯维尔分校物理与天文学系）
本文提出了一种有效势的公式，用于在牛顿模拟中近似广义相对论效应，通过欧拉和拉格朗日投影求解爱因斯坦方程，验证了新势在中子星爆发模拟中的有效性。
2026-04-22 astro-ph.HE gr-qc
Can we see gravitational collapse in (quantum) gravity perturbation theory?
本文利用拓扑场论的微扰展开，试图理解为什么从线性化引力出发的广义相对论的标准微扰理论没有发现引力坍缩。我们从研究经典的运动方程开始。对于零Immirzi参数的标准微扰展开的歧义再现。这种模糊性与线性化的同形对称的出现有关，它与原始的同形对称无关。引入Immirzi参数可以恢复这两种对称性之间的联系，从而消除了模糊性，但代价是使经典微扰理论变得相当棘手。然后我们论证了在研究{ \it quantum}振幅时，微扰理论复杂性的两个主要来源：无限多的自由度和广义相对论相空间的非平凡曲率可以被解开。作为一个例子，我们考虑量子微扰理论中的零级近似。我们确定相关的可观测量，并勾勒出它们的量化。我们发现这种零级近似可以用双狭义相对论来描述。
2006-12-14 gr-qc
Gravitational phase transitions and instabilities of self-gravitating fermions in general relativity
本文在广义相对论的框架内讨论了自引力费米子气体中引力相变和不稳定性的发生。在经典（非简并）极限下，系统在低能$E<E_c$和低温$T<T_c$下发生引力坍缩。这在微正则系综中被称为“重力热灾变”，在正则系综中被称为“等温坍缩”。当考虑量子力学时，当粒子数低于奥本海姆极限（$N<N_{\rm OV}$）时，完全的引力坍缩被泡利不相容原理阻止。在这种情况下，费米气体经历了从气相到凝聚相的引力相变。凝聚相代表一个紧凑的物体，如白矮星，中子星，或暗物质费米子球。当$N>N_{\rm OV}$时，在低于较低的临界能量$E<E''_c$或较低的临界温度$T<T'_c$时，可能会有随后的引力坍缩，从而可能导致黑洞的形成。系统的演化在微正则系综和正则系综中是不同的。在微正则系综中，系统呈现“核-晕”结构。核心由一个紧凑的量子物体或黑洞组成，而热晕则被驱逐到很远的地方。这让人想起低质量恒星的红巨星结构或大质量恒星的内爆-爆炸（超新星）。在正则系综中，系统作为一个整体坍缩到一个紧凑的物体或黑洞。这让人想起超大质量恒星的坍缩（超新星）。
2019-08-27 gr-qc
Gravitational phase transition of self-gravitating systems of fermions in General Relativity
在广义相对论的框架下，推广了有限温度下的费米子引力相变模型。结果表明，当非简并费米子气体（对于$N < N_{OV}$，其中$N_{OV}$是Oppenheimer-Schottky极限）冷却到临界温度以下时，出现凝聚相，量子力学阻止了引力坍缩。相反，如果是$N > N_{OV}$，系统注定会坍缩成黑洞，因为不存在平衡态。
2019-03-05 gr-qc
Complementarity of Gravitation Collapse (II) XOB and the Damping Gravitational Waveform as Evidences
Beijing University of Technology（北京工业大学）
本文通过XOB方法与四极子公式生成的引力波形与数值广义相对论一致，证明XOB在弱场低速展开下与后牛顿级数一致，表明黑洞具有内结构。
2026-06-27 gr-qc
Regular Black Holes: Towards a New Paradigm of Gravitational Collapse
针对广义相对论预言的黑洞时空奇点问题，在量子引力理论尚未成熟的背景下，本书综述了各类正则黑洞与非奇异引力坍缩模型，探讨了相关场景的理论与观测意义。
2023-07-25 gr-qc
New methods for approximating general relativity in numerical simulations of stellar core collapse
我们回顾了各种方法来近似广义相对论效应的流体动力学模拟恒星核心崩溃和反弹后的演变。给出了修正牛顿引力势的不同形式。这样一个有效的相对论势可以用在其他标准的牛顿流体动力学代码。广义相对论的另一种近似是三度规的共形平坦性假设，以及通过添加第二后牛顿阶项的扩展。使用的代码演变的度量和流体方程的耦合系统，我们采用各种近似方法数值模拟轴对称模型的旋转质量恒星核心的崩溃。我们比较了坍缩动力学和引力波信号（使用四极公式提取），从而评估了个体近似方法的质量。结果表明，虽然使用一个有效的相对论性潜力已经提出了一个显着的改善相比，一个真正的牛顿的方法，两个保形平坦度为基础的近似方法产生更准确的结果，这是定性和定量非常接近的一个完全广义相对论的代码，即使是旋转模型几乎崩溃到一个黑洞。
2006-03-28 astro-ph gr-qc
Revisiting the semiclassical gravity scenario for gravitational collapse
到目前为止，极暗而致密的天体的存在已经是一个公认的观测事实。另一方面，经典的广义相对论预言了黑洞的存在，这与观测结果非常吻合，但确实导致了重要的概念问题。在这篇文章中，我们问自己一个直截了当的问题：我们所观测到的黑暗致密物体是广义相对论意义上的黑洞吗？通过修正恒星坍缩的半经典假设，我们发现，作为坍缩的结果，可以形成一些替代性的物体，它们可能取代黑洞。
2009-09-23 gr-qc
Stellar core collapse in full general relativity with microphysics - Formulation and Spherical collapse test -
数值相对论中的一个长期存在的问题是使模拟能够考虑微物理过程（例如，弱相互作用和中微子冷却）。我们在完全广义相对论的框架下开发了一个近似和明确的方案，作为微观物理学的第一个实现，以实现更真实和复杂的建模。在本文中，我们详细描述了一个现实的状态方程，电子捕获和中微子冷却的多维，完全广义相对论代码的实现方法。这个过程是基于所谓的中微子泄漏方案。为了检验程序的有效性，我们对球形恒星核坍缩进行了二维模拟。直到对流活动开始，我们的结果大致同意，或至少是一致的，与那些在以前所谓的国家的最先进的模拟。特别是，径向配置文件的量子和中微子光度的时间演化同意定量。对流是由每个重子的熵和电子分数的负梯度驱动的，如在以前的2D牛顿模拟。我们澄清梯度是更负责对流。还计算了对流产生的引力波。我们发现，由于广义相对论效应，引力波谱的特征频率分布比牛顿模拟的频率更高。
2010-09-17 astro-ph.HE gr-qc
The weight of light: colliding pulses of radiation in General Relativity
CENTRA, Departamento de Física, Instituto Superior Técnico – IST, Universidade de Lisboa – UL（里斯本大学高等理工学院物理系CENTRA）；Center of Gravity, Niels Bohr Institute（尼尔斯·玻尔研究所引力中心）
研究广义相对论中极强电磁辐射脉冲的引力相互作用，通过证明存在接近坍缩阈值的致密状态，测量其致密性高于箍猜想最大值，揭示无质量场引力相互作用能导致非平凡状态并产生高光度和致密性。
2026-07-20 gr-qc
Gravitational waves from axisymmetric rotating stellar core collapse to a neutron star in full general relativity
在完全广义相对论框架下，对旋转恒星核坍缩成中子星的过程进行了轴对称数值模拟。采用Cartoon方法，即在直角坐标系下求解爱因斯坦场方程，并在$y=0$平面周围施加轴对称条件。流体动力学方程在圆柱坐标系中（在笛卡尔坐标系中的$y=0$平面上）使用具有最大网格尺寸$(2500,2500)$的高分辨率激波捕获方案求解。采用参数状态方程模拟坍缩的恒星核和中子星，发现质子中子星坍缩、反弹和形成过程中的中心密度演化与Dimmelmeier等人采用近似广义相对论公式的结果一致.这表明，这种近似是适当的以下轴对称的恒星核心崩溃和随后形成的质子中子星。引力波是用四极公式计算的。结果发现，波形是定性的，与那些由Dimmelmeier等人。然而，定量，两个波形不同意。分歧的可能原因进行了讨论。
2004-02-08 astro-ph gr-qc
Gravitational waves from core collapse of rotating very-massive stars: 3D numerical relativity computation
The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)（马克斯·普朗克引力物理学研究所（阿尔伯特·爱因斯坦研究所））；Kyoto University（京都大学）；Tohoku University（东北大学）
该研究通过三维数值相对论模拟旋转大质量恒星核心坍缩，发现黑洞无量纲自旋超0.8时会形成大质量吸积盘，其非轴对称形变产生的引力波可被下一代探测器探测，还对比了轴对称与非轴对称坍缩的引力波信号差异。
2026-09-02 astro-ph.HE gr-qc
Spectral methods in general relativity -- toward the simulation of 3D-gravitational collapse of neutron stars
介绍了谱方法在与致密天体的相对论天体物理学有关的问题中的几个应用。本文根据正则张量函数解析性质的适当定义，发展了一般类球坐标系中的谱方法。应用包括球对称中子星坍缩的研究以及磁化、快速旋转中子星的耦合二维爱因斯坦-麦克斯韦方程组的求解。在这两种情况下，所得到的代码是有效的，并给出结果通常比基于有限差分格式的等效代码精确几个数量级。我们进一步报告了一个针对非轴对称中子星坍缩的三维程序的现状，其中我们选择了一个基于张量的数值方案。
1996-04-12 astro-ph gr-qc
Axisymmetric core collapse simulations using characteristic numerical relativity
我们目前的结果，轴对称恒星核心坍缩模拟在广义相对论。我们的流体动力学代码已被证明是强大和准确的，足以让一个详细的分析的全球动态崩溃。与传统的基于引力场方程的3+1公式的方法相反，我们的框架使用了基于一系列出射光锥的叶状结构，从一个规则的中心发出，并终止于未来的零无限。这种坐标系非常适合于研究相对论天体物理中有趣的动力学时空，如恒星核坍缩和中子星形成。也许最重要的是，这个过程允许明确的提取引力波在未来的零无限没有任何近似，随着常用的四极形式主义的引力波提取。我们的结果有关的引力波信号显示出显着的分歧时，这些都是通过计算的邦迪新闻在未来的零无穷大，另一方面，通过使用四极公式提取。我们有强烈的迹象表明，对于我们的设置，零锥上的四极公式不会导致物理引力波信号。在无穷远处提取的邦迪引力波信号显示出约0.5 kHz的典型振荡频率。
2003-01-31 astro-ph gr-qc
Collapse of magnetized hypermassive neutron stars in general relativity: Disk evolution and outflows
研究了磁化超大质量中子星坍缩成黑洞自洽形成的吸积盘的轴对称演化。这样的恒星可以在双星中子星合并后出现。它们是差动旋转的，动态稳定的，并且具有超过均匀旋转的质量限制的静止质量。然而，超大质量中子星由于磁流体驱动的角动量输运，是长期不稳定的坍缩。在这个过程中形成的旋转黑洞被一个热的、大质量的、磁化的环面和一个沿自旋轴准直的磁场所包围。该系统是短硬伽马射线暴（GRB）中心引擎的候选者。我们的代码集成耦合Einstein-Maxwell-MHD方程，并用于跟踪磁化超大质量中子星模型在完全广义相对论中的坍缩，直到时空稳定到准稳态。然后，我们采用考林近似，其中的时空是冻结的，以跟踪随后的演变的磁盘。这种近似使我们能够极大地扩展磁盘的演变和研究由此产生的外流，这可能是相关的伽玛暴的产生。我们发现，当一个刚性的状态方程假设为低密度磁盘材料，外流被抑制，是敏感的初始磁场配置。
2008-02-01 astro-ph gr-qc
Implementation of multi-grid Poisson solver in numerical relativity and its application to gravitational collapse of massive star
Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute)（马克斯·普朗克引力物理研究所（爱因斯坦研究所））；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）；Aomori University（青森大学）
开发了基于网格的多重网格泊松求解器，用于数值相对论中的初始值问题，并在大质量恒星引力坍缩的模拟中验证了其守恒精度。
2026-06-12 astro-ph.HE gr-qc
Critical phenomena in gravitational collapse
正如Choptuik首先发现的那样，在广义相对论的初始数据空间中，黑洞阈值既显示出令人惊讶的结构，也显示出令人惊讶的简单性。普适性、黑洞质量的幂律标度以及标度的呼应，都产生了“临界现象”这个术语。它们被解释为存在的确切的解决方案，这是在黑洞的阈值，即吸引子的余维1相空间，这是典型的自相似的吸引子。临界现象提供了一条从光滑的初始数据到从无穷远可见的任意大曲率的自然路径，因此可能与宇宙审查、量子引力、天体物理学以及我们对广义相对论动力学的一般理解有关。
2007-11-28 gr-qc
Singularities and self-similarity in gravitational collapse
在广义相对论中，爱因斯坦的场方程允许有各种时空奇点的解。数值相对论最近揭示了一些一般时空奇点的性质。已经发现，在各种系统中，自相似解可以描述更一般解在接近奇点时的渐近或中间行为。典型的例子是在引力坍缩中收敛到吸引子自相似解。这与理想流体球对称坍缩中的宇宙审查违反密切相关。自相似解在引力坍缩的临界现象中也起着重要的作用。临界现象被理解为围绕临界自相似解的中间行为。我们看到，收敛和临界现象的理解在一个统一的方式在余维零和一，分别在重整化群流的吸引子。
2009-04-30 gr-qc
Self-Similar Solutions, Critical Behavior and Convergence to Attractor in Gravitational Collapse
广义相对论和牛顿引力一样，由于其标度不变性而承认自相似解。本文综述了这些自相似解及其与引力坍缩的关系。特别地，我们的注意力主要集中在自相似解在引力坍缩的临界行为和引力中的关键作用。
2003-02-03 gr-qc
Critical phenomena in gravitational collapse - Living Reviews
正如Choptuik首先发现的那样，在广义相对论的初始数据空间中，黑洞阈值既显示出令人惊讶的结构，也显示出令人惊讶的简单性。普适性、黑洞质量的幂律标度以及标度的回声产生了“临界现象”一词。它们被解释为存在的确切的解决方案，这是在黑洞的阈值，即吸引子的余维1相空间，这是典型的自相似的吸引子。本文介绍了这一现象，试图总结正在发生的事情的本质特征，然后介绍了这一基本情景的扩展和应用。临界现象特别令人感兴趣，因为它能从简单的方程中创造出令人惊讶的结构，并能揭示宇宙的审查和广义相对论的一般动力学。
2000-01-17 gr-qc
Critical phenomena in gravitational collapse (Physics Reports)
在广义相对论中，黑洞可以从规则的初始数据中形成，而这些初始数据中并不包含黑洞。因此，广义相对论的规则初始数据空间自然分成两半：在演化过程中形成黑洞的数据和不形成黑洞的数据。从黑洞阈值附近的初始数据演化而来的时空有许多性质，在数学上类似于统计力学中的临界相变。接近黑洞阈值的解会通过一个中间吸引子，称为临界解。临界解是时间无关的（静态的）或尺度无关的（自相似的）。在后一种情况下，最终的黑洞质量的尺度为$(p-p_*)^γ$，沿着任何一个单参数的数据族，具有一个规则的参数$p$，使得$p=p_*$是该族中的黑洞阈值。临界解和临界指数$γ$在黑洞阈值附近是普适的。我们展示了如何使用动力系统理论和量纲分析来理解这些现象的本质。然后，我们将分别回顾与统计力学中临界相变的类比，以及广义相对论特有的方面，如时空奇点。我们研究了引力坍缩中的临界现象是普遍存在的证据，并概述了它们丰富的现象学。
2002-10-29 gr-qc
Cosmic String Loop Collapse in Full General Relativity
本文首次利用3+ 1维数值相对论对阿贝尔希格斯宇宙弦进行了完全广义相对论动力学模拟。聚焦于宇宙弦环，我们证明了它们由于张力而坍缩，并且可以（i）解绕和分散或（ii）形成黑洞，这取决于它们的张力$Gμ$和初始半径。我们表明，这些结果可以预测使用箍猜想推导出的近似公式，并认为它是独立的场相互作用。我们提取了黑洞形成过程中产生的引力波波形，并表明它是由$l=2$和$m=0$模式主导的。我们还计算了在这样的坍缩过程中发射的总引力波能量，作为初始宇宙弦环总质量的$0.5\pm 0.2~ \%$，弦张力为$Gμ=1.6\times 10^{-2}$，半径为$R=100~M_{pl}^{-1}$。我们利用我们的结果对平面宇宙弦环的产生率提出了一个限制，即$N \lesssim 10^{-2}~\mathrm{Gpc}^{-3}~\mathrm{yr}^{-1}$。
2019-04-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Can modified gravity prevent the gravitational collapse to black hole?
结果表明，在标准广义相对论中有效的大质量恒星不可避免的坍缩的理论论证在广义引力中是无效的。特别是一个计算的中子星内的爱因斯坦-希尔伯特作用量涉及的函数$R^{2}-1/2R_{μν}R^{μν}$添加到里奇标量$R$的理论报告。计算表明，在该理论范围内，存在稳定的中子星，它们具有任意高的重子数。
2011-12-21 gr-qc
Investigating the mass-ratio dependence of the prompt-collapse threshold with numerical-relativity simulations
先进的引力波探测器的下一次观测运行将导致多种双中子星探测和双中子星系统的多信使观测的许多可能性。在这种情况下，清楚地了解合并过程和合并后迅速形成黑洞的可能性是很重要的，因为喷出的物质的量在很大程度上取决于合并动力学。这些动力学主要受双星总质量的影响，然而，质量比也影响合并后的演化。为了确定质量比的影响，我们研究了一组新的完全相对论模拟的参数空间周围的非线性崩溃阈值。模拟涵盖了三个状态方程和七个质量比范围内的$1.0 \leq q \leq 1.75$，在每种情况下，五至七个不同的总质量的二元系统的模拟。阈值质量是通过一个经验关系的基础上的闪烁时间，这使我们能够调查的阈值质量和残余系统的属性的质量比的影响。此外，我们还模拟了质量比和状态方程对阈值结构潮汐参数的影响。
2021-12-22 astro-ph.HE gr-qc
Magnetorotational collapse of very massive stars to black holes in full general relativity
我们在完全广义相对论中对超大质量恒星的磁旋转坍缩进行了轴对称模拟。我们的模拟适用于超大质量恒星（M > 10^3M_sun）和超大质量Pop III恒星的坍缩。我们用n=3的多面体来模拟我们的初始构型。在这些配置中，磁旋转动能的比率被选择为小的（1%和10%）。我们发现，这样的磁场不影响初始崩溃显着。核心坍缩成一个黑洞，之后采用黑洞切除继续演化足够长的时间，使黑洞达到准稳态。我们发现黑洞的质量为M_h = 0.95 M，自旋参数为J_h/M_h^2 = 0.7，剩余物质在黑洞周围形成一个环面.我们冻结时空度规（“考林近似”），并在黑洞松弛到准静态平衡后继续跟踪环面的演化。在没有磁场的情况下，由于冲击加热，环形体在喷射出少量物质后稳定下来。当有磁场存在时，磁力线会逐渐沿着孔的旋转轴准直。磁流体冲击和磁共振成像产生磁流体湍流的环面和随机吸积到中央黑洞。当磁场很强时，在环面中产生风，环面经历径向振荡，驱动偶发性吸积到洞上。这些振荡产生长波长的引力波，可能被LISA探测到。磁转坍缩的最终状态总是由一个中心黑洞和一个热的厚吸积环组成，黑洞周围有一个准直的磁场。该系统是长时间软伽马射线暴中心引擎的可行候选者。
2007-10-28 astro-ph gr-qc
Spherical collapse in f(R) gravity and the Belinskii-Khalatnikov-Lifshitz conjecture
在双零坐标系下，数值研究了f（R）引力中的球标量坍缩。通过网格加密和渐近分析，研究了所形成的黑洞奇点附近的动力学。在坍缩之前，标量自由度f'被耦合到一个物理标量场，恢复了广义相对论。在坍缩过程中，物理标量场的主要能量向中心移动。结果，f'失去了耦合而变得轻，引力从广义相对论过渡到f（R）引力。由于奇点的强引力和f '的低质量，f'将穿过势能的最小值并接近零。因此，动态解与f（R）引力中黑洞的静态解有很大的不同--它不是人们所期望的德西特-史瓦西解。f'试图抑制物理标量场的演化，这是一种暗能量效应。当接近奇点时，度量项比其他项占优势。得到了f（R）理论中球形标量坍缩的Kasner解，并得到了数值结果的证实。这些结果很好地支持了Belinskiii-Khalatnikov-Lifshitz猜想。
2014-07-14 gr-qc
Emergent time and more from wavefunction collapse in general relativity
McMaster University（麦克马斯特大学）；Perimeter Institute for Theoretical Physics（理论物理前沿研究所）
本文基于广义相对论中的波函数坍缩理论，探讨时间的起源及引力子的演化，提出时间箭头由初始态决定，标量引力子可能成为暗物质候选者。
2026-04-22 gr-qc hep-th quant-ph
A New Transition between Discrete and Continuous Self-Similarity in Critical Gravitational Collapse
我们分析了一族自引力SU（2）$σ$模型中与临界引力坍缩相关的分岔现象。随着无因次耦合常数的减小，临界解从离散自相似（DSS）变为连续自相似（CSS）。数值结果证明了类似于动力系统中异宿环分岔的分岔现象，即当耦合常数趋于临界值时，两个不动点（CSS）与相空间中的极限环（DSS）发生碰撞。
2001-12-07 gr-qc
Neutrino Radiation Showing a Christodoulou Memory Effect in General Relativity
在广义相对论中，我们通过在爱因斯坦方程中引入零流体的能量动量张量来描述中微子辐射。通过对零无穷远处的几何和分析，证明了零流体的一个分量放大了引力波的Christodoulou记忆效应。在广义相对论中，中微子作为零流体的描述可以被看作是使用爱因斯坦-弗拉索夫系统的无质量极限的更一般描述的极限情况。目前的作者与合作者的工作正在进行中，推广本文的结果使用这种更一般的描述。在我们的宇宙中，巨大的中微子爆发发生在核心坍缩的超新星和合并的中子星双星中。
2013-08-14 gr-qc
Formation of Supermassive Black Holes: Simulations in General Relativity
有令人信服的证据表明超大质量黑洞存在。然而，这些物体的起源或它们的种子仍然未知。我们讨论了形成超大质量黑洞种子的几种可能的情况。这些包括超大质量恒星的灾难性坍缩，无碰撞粒子或恒星的相对论性星团的坍缩，普通恒星或恒星质量致密天体的致密星团的重力热演化，以及自相互作用的暗物质晕的重力热演化。爱因斯坦的广义相对论方程需要描述这些场景的关键方面，并进行大规模的数值模拟来解决它们。
2003-04-10 astro-ph gr-qc
Quantum general relativity and Hawking radiation
在前一篇文章中，我们建立了描述球形尘埃云量子广义相对论坍缩的Wheeler-DeWitt方程。在本文中，我们专门这个方程的情况下，周围的黑洞的物质扰动，并表明，在WKB近似，波函数描述了一个永恒的黑洞在霍金温度的热浴平衡。
2002-11-11 gr-qc
How much chaos can be generated by gravitational collapse before reaching the Planck scale?
University of the Basque Country（巴斯克大学）；University of New Brunswick（新不伦瑞克大学）
本文通过香农熵、KL散度和傅里叶分析，量化了引力坍缩在经典区域至普朗克尺度产生的混沌，发现混沌特征不发达，不足以抹去初始信息，并刻画了Bianchi IX动力学的不变排斥子。
2026-09-11 gr-qc
Continuous Self-Similarity Breaking in Critical Collapse
本文研究了球对称标量场位形在连续自相似解附近的近临界演化。利用解析微扰方法，证明了一般增长微扰以普遍的方式偏离临界Roberts解。我们认为，在其演变过程中，初始连续的自相似性的背景被打破为离散的自相似性与回声周期$Δ= \sqrt{2}π= 4.44$，再现的对称性的临界Choptuik解决方案。
1999-12-24 gr-qc
Numerical relativity simulations of prompt collapse mergers: threshold mass and phenomenological constraints on neutron star properties after GW170817
我们使用一组新的227个数值相对论模拟确定了等质量中子星（NS）合并中黑洞形成的阈值质量。我们考虑了23个唯象的和微物理的有限温度状态方程，包括超子模型和一阶相变到退禁闭夸克的模型。我们确认的阈值质量，在阈值（$Λ_{th}$）的二进制潮汐参数，非旋转NS的最大质量和参考质量NS的半径之间的EOS不敏感的关系的存在。我们纠正了系统误差，在以前报道的拟合系数，获得近似广义相对论模拟。我们结合的EOS不敏感的关系，对NS属性和观测数据的现象学约束GW 170817推导出一个改进的下限的最大质量和1.6 M $_\odot$ NS的半径分别为9.81公里和10.90公里。我们还限制半径和四极潮汐变形（$Λ$）的1.4 $M_\odot$ NS大于10.74公里和172，分别。我们考虑所有独立参数的不确定性-拟合系数以及GW 170817群众，同时报告半径的限制范围。我们介绍了新的方法来约束NS的最大质量的上限和下限，使用未来的BNS检测和识别为即时或延迟崩溃。随着未来的观测，将有可能使用本工作中提出的方法来推导出对处于和高于核密度的物质性质的更严格的约束。
2022-04-08 astro-ph.HE gr-qc
Point particles in 2+1 dimensions: general relativity and loop gravity descriptions
本文利用广义相对论的联系变量和标架场变量，给出了（2+1）维点粒子的哈密顿描述。每个空间超曲面的拓扑结构是一个穿孔的两个球，粒子驻留在穿孔。我们用一个CW复形（沿着边粘在一起的两个单元的集合）来描述这个拓扑，并使用它来固定规范并减少哈密顿量。场的运动方程描述了一个动态三角剖分，其中每个顶点根据自由相对论粒子的运动方程运动。除了当三角形崩溃（即边缘变得平行）导致底层CW复合体的离散拓扑变化时，演化是连续的。然后，我们介绍了环重力相空间参数化的完整通量变量的图形（网络的一维链接）。通过在CW复形中嵌入一个图，我们找到了这个系统的循环变量的描述。由此产生的运动方程描述了相同的动态三角连接和帧场变量。在这个框架中，三角形的坍缩导致底层图形的离散变化，给出了许多人期望在全圈量子引力中具有的图形变化移动的具体实现。主要结果是圈引力的动力学模型，它符合广义相对论，是非常适合使用现有的方法进行量化。
2014-09-26 gr-qc
