Sector Models - A Toolkit for Teaching General Relativity. Part 1: Curved Spaces and Spacetimes
向高中生或本科生教授广义相对论必须基于概念而不是数学的方法。在本文中，我们提出了这样一种方法，只需要初等数学。介绍广义相对论的中心思想是使用所谓的扇形模型。扇形模型用Regge演算的方法描述弯曲的空间，用欧几里得几何将其分成块。这个过程类似于用平面三角形逼近曲面。我们概述了高中和本科生的研讨会，介绍了弯曲空间的概念，通过部门模型的黑洞。我们进一步描述了弯曲时空扇形模型的扩展。时空模型适用于具有狭义相对论基础知识的学习者。有关在线教学材料，请参阅http://www.spacetimetravel.org。--我们将在这张桌子上放一张桌子。Das zentrale Werkzeug unserer Einführung sind sogenannte Sektormodelle，die gekrümmte Räbrim Sinne des Regge-Kalküls durch eine Zerlegung in kleine，ungekrümmte Sektoren beschreiben，ähnlich der Triangulierung einer gekrümmten Fläche.我们将为Schüler/innen und Studierende举办一个研讨会，在Sektormodellen Schwarzer Löcher eingeführt werden上进行演讲。…
2014-07-06 gr-qc physics.ed-ph
Sector models - A toolkit for teaching general relativity: II. Geodesics
扇形模型是一种工具，它可以在不超越初等数学的情况下教授广义相对论的基本原理。这一贡献表明如何部门模型可以用来确定测地线。我们概述了一个高中和本科生的研讨会，解决引力光偏转通过建设测地线的部门模型。靠近黑洞的测地线是作为例子使用的。该贡献还描述了一个简化的计算部门模型，学生可以进行自己的。与数值计算的解决方案相比，扇区模型上构造的测地线的精度进行了讨论。本文中介绍的教学材料可在http://www.spacetimetravel.org上在线获取。- Sektormodelle sind Werkzeuge，mit denen die Grundprinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie vermittelt werden könnnen，ohne bei der Formulierung über Schulmathematik hinauszugehen.这是一个很好的例子，因为Sektormodelle可以更好地估计地理位置。我们举办了一个Schüler/innen和Studierende研讨会，在Sektormodellen behandelt上的Geodäten构造中使用引力Lichtablenkung; als Beispiel dienen Geodäten in der der Nähe eines Schwarzen…
2018-04-25 gr-qc physics.ed-ph
Sector models - A toolkit for teaching general relativity: III. Spacetime geodesics
扇形模型允许以模型为基础的方法来研究广义相对论。该方法的重点是几何概念和使用不超过初等数学。这一贡献展示了如何在时空扇区模型上构造光和自由粒子的路径。靠近黑洞的径向路径被用作示例。我们概述了两个讲习班引力红移和垂直自由降落，分别，我们教本科生。贡献还描述了一个简化的计算的时空部门模型，学生可以进行自己的，如果他们熟悉闵可夫斯基度规。本文中介绍的教学材料可在http://www.spacetimetravel.org上在线获取。- Sektormodelle ermöglichen einen modelbasierten Zugang zur Allgemeinen Relativitästtheorie，der auf das Verständnis der geometrischen Konzepte abzielt and in seinen mathematischen Anforderungen nicht über Schulmathematik hinausgeht.这是一个很好的例子，就像光和自由的Teilchen在一个室内的Sektormodell结构中一样。这是一个位于黑森林湖附近的放射线车站。我们将举办两个工作坊，以自由落体的形式与学士一起学习。这部电影也有一个非常复杂的场景模型，由Teilnehmer/innen selbstständig durchgef…
2018-04-25 gr-qc physics.ed-ph
Gravitational Raman Scattering: a Systematic Toolkit for Tidal Effects in General Relativity
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Princeton University（普林斯顿大学）；Institut des Hautes Études Scientifiques（高等科学研究所）
本文提出了一种系统计算引力拉曼散射的框架，用于研究一般相对论中的潮汐效应，通过有效场论和散射幅技术推导了不同自旋场的Love数，并揭示了动态Love数的对数运行特性。
2026-02-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
A Reproducible Black Hole-Neutron Star Merger Gallery Example for the Einstein Toolkit
University of Southampton（南安普顿大学）；University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；National Center for Supercomputing applications, University of Illinois（伊利诺伊大学超级计算应用国家中心）；University of Illinois（伊利诺伊大学）；Louisiana State University（路易斯安那州立大学）
本文展示了使用Einstein Toolkit进行的可重现黑洞-中子星合并模拟，针对GW230529事件，通过不同分辨率评估数值鲁棒性，为研究提供参考配置。
2026-08-27 astro-ph.HE gr-qc
kuibit: Analyzing Einstein Toolkit simulations with Python
在引力波天文学时代，对致密天体的广义相对论模拟扮演着至关重要的角色。这些计算可以使用爱因斯坦工具包进行，这是一个开源和社区支持的数值相对论和相对论天体物理学软件。该代码带有爱因斯坦方程和广义相对论磁流体力学方程的多个求解器，以及一系列有用的诊断。然而，分析Einstein Toolkit的输出可能是一项具有挑战性的任务。通常，这个过程涉及一系列技术障碍，例如组合不同重启的数据或使用HDF 5文件。在这里，我们介绍了kuibit，这是一个Python库，它负责所有这些低级细节（以及许多其他细节），并提供了数据的高级，直观的表示。Kuibit具有广泛的功能，包括完全支持1-3D ASCII和HDF 5网格数据，时间和频率序列，引力波和视地平线。使用kuibit，用户可以通过几行代码检查模拟的大部分内容。重要的是，kuibit被设计成一个社区代码：它是用户友好的，不需要任何专有软件来运行，它有文档和示例，它是开放开发的，强调可扩展性和可维护性。
2021-04-13 astro-ph.HE gr-qc
Analytical external spherical solutions in entangled relativity
在这篇手稿中，我们提出了解析的纠缠相对论的外部球形解决方案，我们比较托尔曼-奥本海默-洛约夫框架中获得的数值解。解析解和数值解在球形紧凑物体外完全匹配，因此同时验证了这两种类型的解。分析外部（毛）的解决方案-这取决于两个参数-可以用来方便地计算可观的-如X射线脉冲配置文件-而不必依赖于一个未知的状态方程的物质内部的紧凑的对象。
2021-06-22 gr-qc
Pulsation of Spherically Symmetric Systems in General Relativity
将球对称黑洞的脉动方程和孤子解转化为标准形式。这些公式适用于一大类场论物质模型，并且可以很容易地计算出具体的例子。的密切关系的能量原理的第二个变化的史瓦西质量也成立。用Einstein-Yang-Mills和Einstein-Skyrme系统说明了一般表达式的使用。
1995-06-15 gr-qc
An Introduction to the Einstein Toolkit
我们介绍了爱因斯坦工具包，一个成熟的，开源的计算基础设施的数值相对论的基础上仙人掌框架，为目标群体的新用户。该工具包由几个不同的模块组成，由来自世界各地不同机构的研究人员开发，目前正在积极持续开发中。该工具包及其几个模块的文档通常分散在不同的位置，这是新用户有时不得不努力解决的一个困难。有科学论文详细描述了这个工具包及其方法，但一开始可能会让人不知所措。通过这些课堂讲稿，我们希望为新用户提供一个初步的概述。我们将介绍如何获取、编译和运行该工具包，并概述它提供的一些工具和模块。
2013-06-02 gr-qc physics.comp-ph
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
Regularization of spherically symmetric evolution codes in numerical relativity
在数值相对论中，球对称演化码在原点处缺乏几何变量的正则性往往是一个严重的问题。人们通常通过限制规范和解决度规的哈密顿约束来处理这个问题。在这里，我们提出了一个通用的算法，用于处理的正规化的起源，可以直接使用的发展方程，并允许非常一般的规范选择。我们的方法在精神上类似于阿博纳和博纳介绍的博纳-马索公式的特殊情况。然而，我们的算法更通用，可以用于各种各样的进化系统。
2004-01-28 gr-qc
On the electromagnetic field of a charged collapsing spherical shell in general relativity
给出了一个新的关于已形成黑洞中物质壳层引力坍缩的Einstein-麦克斯韦方程组组的精确解。壳层和黑洞都被赋予了电磁结构，并被假定为球对称的。目前的研究的影响进行了概述。
2002-09-04 astro-ph gr-qc
Python Open Source Waveform Extractor (POWER): An open source, Python package to monitor and post-process numerical relativity simulations
爱因斯坦场方程的数值模拟提供了对以相对论速度运动的紧凑物体的物理学的独特见解，这些物体由强引力相互作用驱动。数值相对论在确立引力波天体物理学作为一个新的研究领域方面发挥了关键作用，它现在正在为确定致密双星合并发射的引力波辐射是否伴随着电磁和天体粒子辐射铺平道路。随着数值相对论继续融入常规引力波数据分析以验证引力波事件的发现，开发开源工具来简化这些研究至关重要。出于我们自己的经验作为用户和开发者的开源，社区软件，爱因斯坦工具包，我们提出了一个开源的Python包，非常适合于监测和后处理的数值相对论模拟的数据产品，并计算引力波应变在未来的零无限高性能环境。我们展示了这个新的包后处理的大型数值相对论目录和提取高阶波形模式的偏心二黑洞合并和中子星合并的数值相对论模拟的应用。这个新软件填补了爱因斯坦工具包联盟向数值相对论社区提供的工具库中的一个关键空白。
2017-11-27 cs.CE gr-qc physics.comp-ph
The Einstein Toolkit: A Community Computational Infrastructure for Relativistic Astrophysics
我们描述了爱因斯坦工具包，一个社区驱动的，可免费访问的计算基础设施，用于数值相对论，相对论天体物理学和其他应用。该工具包是由来自世界各地多个机构的研究人员合作开发的，它结合了模拟黑洞、致密物体和坍缩恒星等天体物理物体所需的一套核心组件，以及一整套分析工具。Einstein Toolkit目前基于用于高性能计算的Cactus Framework和Carpet自适应网格细化驱动程序。它通过BSSN演化系统和广义相对论流体力学在有限体积离散中实现时空演化。该工具包正在持续开发中，包含许多首次公开发布的新代码组件，本文将对其进行描述。我们讨论了工具包发布背后的动机，其开发的哲学基础，以及项目的目标。实施的数值技术的摘要包括在内，因为是数值试验的结果，涵盖了各种样本天体物理问题。
2011-11-14 astro-ph.CO gr-qc
Spherical accretion in alternative theories of gravity
M87星系中心黑洞的开创性图像在观测天文学和黑洞物理学的交叉点上提出了问题。黑洞阴影的半径能被测量到什么程度？这种测量能用来区分广义相对论和其他引力理论吗？我们探讨这些问题，使用一个简单的球流模型在广义相对论，标量高斯-邦纳引力，Rezzolla和Zhidenko参数化度量。我们假设一个光学薄等离子体的幂律半径发射率。一路上，我们提出了一个广义的邦迪流，以及一个分段分析模型的亮度轮廓的冷流入。我们使用合成图像的二阶矩作为EHT观测量的代理，并计算二阶矩与黑洞阴影半径的比值。我们表明，修正这一比例从修改广义相对论是次主导的修正相比，关键的碰撞参量，并认为这是普遍正确的。我们发现，天体物理模型参数的不确定性在此计算中的主要来源，强调了解天体物理模型的重要性。然而，如果有一个足够精确的天体物理学模型，就有可能利用黑洞阴影的测量来区分广义相对论和其他引力理论。
2021-11-15 astro-ph.HE gr-qc
Spherically symmetric steady states of John elastic bodies in general relativity
本文用解析和数值方法研究了广义相对论中静态球对称弹性体的一些性质。所考虑的材料属于约翰弹性材料类，当刚度参数设为零时，材料退化为理想流体。我们发现的数值支持，这样的弹性体存在不同的可能形状（球，单壳和多壳），他们的引力红移可以很大（$z\approx 2.8$），而不违反占主导地位的能量条件。此外，我们表明，弹性体具有有限的半径，即使在情况下，当弹性材料的本构方程是一个扰动的多变流体没有有限的半径，从而得出结论，这样的流体是结构不稳定的较大类的弹性物质模型的研究。
2014-06-27 gr-qc
Anomaly-free deformations of spherical general relativity coupled to matter
一个系统的方法，以获得球对称midissuperspace模型，接受holonomy修改存在的物质领域与当地的自由度。特别是，从最一般的哈密顿二次径向导数的变量，我们得到了一个家庭的有效的修改后的约束，满足狄拉克的变形代数，编码的协方差的广义相对论，并显示（尺度相关）holonomy校正可以始终实施。在真空中，变形的反常自由哈密顿量被明确地写在三个自由函数，我们得到一个弱的可观测量，可以解释为模型的质量。最后，作为一个特殊的例子，我们提出了一个特定的协变聚合模型，保持定期的任何值的连接组件。一些它的物理含义和与以前的研究文献中的关系进行了评论。
2022-08-11 gr-qc
The gravitational wave strain in the characteristic formalism of numerical relativity
的引力波信号的提取，在一个特征的数值演化的上下文中被重新审视。引力波应变的公式被开发和测试，并作为爱因斯坦工具包中PITT代码的一部分公开提供。使用新的应变公式，我们表明，人工非线性漂移固有的时间积分波形的情况下，可以减少一个二元黑洞合并配置。然而，对于快速旋转的恒星核心坍缩模型的测试情况，我们发现漂移必须有不同的根源。
2013-12-17 gr-qc
On the effective actions for the spherical charged dust shell in General Relativity
本文从广义相对论的运动方程出发，导出了球形带电尘埃壳层的变分原理和有效作用量，并给出了一种简捷的方法。这个原理是基于相对论版本的达朗贝尔原理的虚位移，并导致有效的行动，从外部或内部固定的观察者的角度来描述壳的壳。因此，在壳体的内部或外部区域的坐标中，壳体的侧面被独立地考虑。建立了带电尘埃壳层的正则变量。结果表明，等距的壳的两侧的条件导致这些内部和外部动力系统的哈密顿约束。特别情况下的<$hollow <$和<$screening <$壳被简要考虑，以及家庭的同心带电尘埃壳。
2013-05-07 gr-qc
Numerical Relativity in Spherical Polar Coordinates: Evolution Calculations with the BSSN Formulation
在缺乏对称性假设的情况下，大多数相对论数值模拟都采用笛卡尔坐标。虽然笛卡尔坐标有一些理想的属性，球极坐标似乎更适合某些应用，包括引力坍缩和超新星模拟。球极坐标系中数值相对论代码的开发受到了需要处理原点和轴上坐标奇异性的阻碍，例如通过仔细正则化适当的变量。假设球对称并采用BSSN方程的协变形式，Barcelo和Cordero-Carrión最近证明，当部分隐式Runge-Kutta（PIRK）方法用于引力场的时间演化时，这种正则化是不必要的。在这里，我们报告的BSSN方程在球极坐标没有任何对称性假设的实施。使用PIRK方法，我们获得稳定的模拟在三维空间中，而不需要正则化的原点或轴。我们执行和讨论了一些测试，以评估的稳定性，准确性和收敛性的代码，即弱引力波，“水没有水”的球形和旋转的相对论性恒星在平衡的演变，和单个黑洞。
2012-11-28 astro-ph.SR 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
Spherical Gravitating Condensers in General Relativity
我们所说的球形引力电容器是指由理想流体构成的两个同心带电壳层，这两个壳层之间的电场不为零。假设内壳内部是平坦的空间。利用Israel的形式主义，我们首先分析了一般的N壳层系统，然后集中于双壳层冷凝器。考虑了能量条件;物理上有趣的情况总结在两个表格中，但也考虑了更奇异的情况，例如，内壳层可能发生在相应的Reissner-Nordström几何的内视界之下，或者时空只在凝聚器内部弯曲。经典的限制被提及。
2011-06-10 gr-qc
Numerical Relativity in Spherical Polar Coordinates: Off-center Simulations
我们最近提出了一种新的方法，在球极坐标系中的数值相对论模拟，真空和相对论流体力学。我们的方法是基于BSSN方程的参考度量公式，所有张量分量的因子分解，以及部分隐式龙格库塔方法，并且不依赖于方程的正则化，也不对原点的对称性做任何假设。为了证明这一特点，我们在这里提出了几个偏心模拟，包括模拟的单个黑洞和中子星的中心被放置远离原点的坐标系，以及不对称的两个黑洞正面碰撞。我们还重新审视我们的相对论流体力学的实现，并证明了一个参考度量制定的流体力学与所有张量分量的因式分解，避免了有关的问题，坐标奇点在原点和轴上。作为一个特别苛刻的测试，我们目前的冲击波传播通过球极坐标系的起源的结果。
2015-06-03 gr-qc
Static and spherically symmetric general relativity solutions in Minimal Theory of Bigravity
本文研究了最小双引力理论（MTBG）中的静态解和球对称解。首先，我们证明了一对具有不同宇宙学常数和黑洞质量的Schwarzschild-de Sitter时空在空间平坦的Gullstrand-Painlevé（GP）坐标下是MTBG自加速分支的解，而不是正常分支的解.然后，我们说明如何Schwarzschild-de Sitter解决方案可以成为兼容的正常分支时，使用不同的坐标。我们还确认，MTBG的自加速分支承认静态和球对称的广义相对论的解决方案与物质的空间平坦的坐标，包括中子星与任意物质的状态方程。最后，我们表明，在自加速分支的非平凡的解决方案给出的Schwarzschild-de Sitter度量写在非标准坐标。
2022-04-18 gr-qc hep-th
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
Regularization of spherical and axisymmetric evolution codes in numerical relativity
一些有趣的天体物理现象是关于旋转轴对称的，比如致密天体的正面碰撞，各种几何形状的场的坍缩和/或吸积，或者某些形式的引力波。然而，大多数目前的数值相对论代码不能利用这些对称性，因为在适应坐标中的奇点，无论是在原点还是在对称轴上，都会迅速导致模拟崩溃。由于这一规律性问题，它已成为常见的做法，使用成熟的笛卡尔三维代码来模拟轴对称系统。在这项工作中，我们遵循最近的想法的Rinne和Stewart的想法，并提出了一个简单的程序来正则化的方程在球面和轴对称空间。我们明确显示的发展方程的规律性，描述相应的数值代码，并提出了几个例子清楚地表明我们的演变规律。
2007-09-11 gr-qc
Numerical Relativity Investigation of the Effects of Gravitational Waves on the Inhomogeneity of the Universe
利用Einstein Toolkit数值积分了具有空间曲率扰动和演化的原始张量扰动的空间平坦Friedmann-Lemaire-Robertson-Walker（FLRW）背景时空的爱因斯坦方程.我们发现，尽管原初张量扰动在标量微扰产生的超密度演化过程中并不起重要作用，但原初张量扰动在非线性区对分数密度微扰的分布有明显的影响.这个印记可能是未来探测引力波背景的一个可能的探测器。
2018-07-26 astro-ph.CO 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
Electrostatic Equilibrium of Two Spherical Charged Masses in General Relativity
在广义相对论中，两个任意点源的引力-静电平衡的近似解导致了文献中关于平衡条件的相互矛盾的争论。到目前为止，唯一已知的精确解，可以解释为非线性叠加的两个球对称（Reissner-Nordstrom）机构没有干预支柱一直临界带电质量，$M^2_i = Q^2_i$。本文研究了两个任意带电Reissner-Nordstrom体在平衡状态下外场的Einstein-麦克斯韦方程组的静电精确解。每个源的不变物理电荷是通过麦克斯韦方程组的直接积分而得到的。每个源的物理质量是不变的定义在一种类似的方式被发现的电荷。它是通过数值方法表明，没有张力或支柱的平衡可以发生非临界带电体。它表明，其他作者没有确定正确的物理参数的质量和电荷的来源。进一步的解决方案，包括多极结构和与其他参数化的比较，性能进行检查。
1996-11-27 gr-qc
Spherical Evolution of the Generalized Harmonic Gauge Formulation of General Relativity on Compactified Hyperboloidal Slices
本文基于双叶层方法在球对称下用广义调和规范数值演化紧致化双曲初值问题，覆盖规则中心、黑洞切除及标量场坍缩，并验证收敛性与 Schwarzschild 扰动理论结果。
2024-09-04 gr-qc
The quasi-classical model of the spherical configuration in general relativity
本文在广义相对论中自引力球壳尘埃的基础上，考虑了无自旋组态的准经典模型。为了根据准经典量子化规则确定定态的能谱，需要对系统进行某种正则化。它是通过将初始系统嵌入到具有旋转的扩展系统中来实现的。然后，球壳的定态是具有内禀动量的系统的S-态。准经典处理的稳定性的配置是与兰格修改平方的量子力学的固有动量。它给出了决定稳定性阈值的壳体临界裸质量值。对于裸质量小于或等于Planck质量的壳层，求出了束缚态的能谱，得到了壳层隧穿几率的表达式，建立了壳层对产生和湮灭的准经典模型。
2000-12-08 gr-qc hep-th
Spherical Isentropic Protostars in General Relativity
在原恒星形成的过程中，天体物理气体云经历了不可逆的过程，并向周围释放热量和辐射。由于这种能量的发射，人们可以设想一种理想化的情况，在这种情况下，气体熵几乎保持不变。在这种情况下，本文导出了等熵气体球的广义相对论爱因斯坦方程的内部解。为了实现这一目标，我们得出一个单一的方程的累积质量分布在原恒星。从这个方程的解可以很容易地推出度规张量的系数。本文给出了等熵自引力气体结构的解析解和数值解。特别是，我们寻找的解决方案中的质量分布表明存在的壳，一个可能的前兆太阳系的形成。这项研究的另一个可能的物理动机来自于观察到的伽马射线暴伴随着大量的相对论速度的放射活性气体的喷射。在这些条件下，自然要用广义相对论的方程来研究喷射物质的结构。
2016-11-21 gr-qc
Asymptotically null slices in numerical relativity: mathematical analysis and spherical wave equation tests
我们研究使用渐近零切片结合拉伸或紧化的径向坐标的数值模拟渐近平坦时空。我们考虑一个1参数家庭的坐标特征的渐近关系$r\sim R^{1-n}$之间的物理半径$R$和坐标半径$r$，和渐近关系$K\sim R^{n/2-1}$的外在曲率的切片。这些切片是渐近零的意义上说，他们的洛伦兹因子相对于固定的观察者发散为$Γ\sim R^{n/2}$。当$1<n\le 2$切片与$\scri$相交时，$0< n\le 1$切片在$i^0$处结束。我们在闵可夫斯基和史瓦西时空上用球面波方程进行了数值试验。使用我们的坐标与$0<n\le 2$的模拟实现了更高的精度在较低的计算成本以下传出波非常大的半径比使用标准的$n=0$切片没有紧化。史瓦西的幂律尾也被正确地表示。
2006-06-28 gr-qc
Static spherical perfect fluid stars with finite radius in general relativity: a review
在本文中，我们对托尔曼-奥本海默-沃尔科夫（TOV）方程及其解进行了教学回顾，该方程及其解描述了广义相对论中的静态球对称气态恒星。我们的讨论开始于从爱因斯坦场方程和相对论欧拉方程系统地推导TOV方程。其次，我们给出了一个证明的存在性和唯一性的TOV方程描述一个恒星的有限半径，假设适当的条件下的状态方程描述的气体。我们还证明了在原点为中心的球体内所含气体的紧致性满足著名的Buchdahl界，与球体的半径无关。此外，我们从统计力学的考虑，推导出一个理想的，经典的单原子相对论气体的状态方程，并表明它满足我们的假设存在一个唯一的解决方案描述一个有限半径的明星。虽然这篇文章中讨论的结果都不是新的，他们通常是分散在不同的文章和书籍中的文献，因此，我们希望这篇文章将提供一个独立的和有用的介绍相对论恒星模型的主题。
2021-06-12 gr-qc
Inhomogeneous Cosmology with Numerical Relativity
我们进行三维数值相对论模拟的均匀和非均匀的膨胀时空，着眼于量化的非线性效应从宇宙学的不均匀性。我们在仙人掌框架下利用爱因斯坦工具包证明了在演化平坦的、尘埃的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克（FLRW）时空时的四阶收敛性，误差小于1/10 ^6。我们还证明，在尺度因子（红移）变化为~350倍的情况下，哈勃流中密度、速度和度规扰动的数值相对论解和线性解之间的一致性在1/10^3之内。我们模拟线性扰动的增长到非线性政权，如引力滑移和张量扰动的影响出现。因此，我们表明，数值相对论是一个可行的工具，在宇宙学研究非线性效应。
2017-02-27 astro-ph.CO gr-qc
A No-Boundary Method for Numerical Relativity
本文提出了一种不需要外边界条件的有限空间网格数值相对论方法。作为一个“概念证明”，我们实现这种方法的情况下，自引力，球对称的标量场。
2019-05-21 gr-qc
GRHydro: A new open source general-relativistic magnetohydrodynamics code for the Einstein Toolkit
我们提出了新的广义相对论磁流体力学（GRMHD）的爱因斯坦工具包，开源社区驱动的数值相对论和计算相对论天体物理代码的能力。该工具包的GRMHD扩展以以前的版本为基础，并使用以前应用于流体动力学演化的相同激波捕获技术，在完全动力学时空中的理想MHD极限中实现相对论磁化流体的演化。为了保持磁场的无发散特性，该代码实现了双曲线发散清除和约束传输方案。我们提出了一些MHD测试闵可夫斯基和弯曲时空的测试结果。闵可夫斯基试验包括对齐和倾斜平面激波、圆柱爆炸、磁转子、阿尔芬波和平流环，以及一组旨在研究发散清除方案对数值生成的单极子的响应的试验。我们研究的代码的性能在弯曲的时空与球形吸积到一个黑洞上的一个固定的背景时空和完全动态时空的演变的磁化多方中子星和崩溃的磁化恒星核心。我们的结果同意以及精确的解决方案，这些都是可用的，我们证明收敛。用于生成结果的所有代码和输入文件都可以在http://einsteintoolkit.org上获得。这使得我们的工作完全可重复，并为新用户提供了代码应用程序的介绍。
2013-04-19 gr-qc
Rotating metrics admitting non-perfect fluids in General Relativity
利用球对称度量中的Newman-Janis算法，给出了一类场方程的嵌入旋转解.这些解决方案允许非完美流体
2004-03-24 gr-qc
Thermodynamic acceptability of spherically symmetric perfect-fluid solutions in general relativity
Al-Farabi Kazakh National University（阿拉伯·法拉比哈萨克国立大学）；Instituto de Ciencias Nucleares, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学核科学研究所）；Dipartimento di Fisica and ICRA, Università di Roma “La Sapienza”（罗马第一大学物理系及ICRA）
本文基于热力学考虑扩展了物理可接受性的概念，提出了一套适用于广义相对论恒星模型的热力学可接受条件，并以Tolman IV解为例展示了其热力学一致性。
2026-07-16 gr-qc
The eth formalism in numerical relativity
我们提出了一个有限差分版本的eth形式主义，它允许使用张量场在球坐标系中的方式，避免极奇点。该方法采用两个重叠的赤平投影坐标片，在重叠区域的片之间进行插值。它提供了一个新的和有效的计算工具，用于处理各种各样的系统，其中球坐标是自然的，如从一个孤立的源产生的辐射。我们测试的形式主义与波在三维空间中的演化和任意弯曲的几何拓扑球面流形上的曲率标量的计算。将该方法应用于Robinson-Trautman方程的求解，揭示了非线性区域引力波形的一些新特征。
1997-01-31 gr-qc
Spherical gravitational waves and quasi-spherical waves scattered from black string in massive gravity
在广义相对论的框架下，由Birkhoff定理可知，球形引力波在真空空间中是被严格禁止的。证明了在非线性质量引力场中存在球形引力波，并求出了精确解。进一步，通过对常见方程的细致研究，我们找到了具有奇异弦的引力波的精确解，其中视界变得非紧。我们分析了这些波解的引力子线汇的性质。在线性微扰的大质量引力场中，我们澄清了色散关系、引力子的速度和质量的微妙之处。通过考虑大质量引力波对度规的完全反作用，我们发现在大质量引力场中引力子射线可以为零。我们证明了无论引力子的质量如何微小，大质量引力理论都与广义相对论有着深刻而根本的差异。
2021-11-30 gr-qc
Deconstructing scaling virial identities in General Relativity: spherical symmetry and beyond
德里克型维里恒等式，通过伸缩（标度）参数获得，在场论中有各种应用。我们解构了相对论引力中的维里恒等式，展示了它们如何被改写为运动方程的适当组合的不言自明的积分。在球对称中，适当的组合和规范选择保证几何部分可以被积分出来，产生一个维里恒等式的主形式，作为一个非平凡的能量-动量平衡条件，对任何物质模型的渐近平坦黑洞和自引力孤子都有效。通过对物质模型的修正，我们恢复了以前通过标度过程得到的结果。然后，我们讨论了更一般的情况下，静态的，轴对称的，渐近平坦的黑洞或孤子的解决方案，在广义相对论，为他们的维里身份提出了一个主形式，在一个特定的规范，但无论物质的内容。在平坦时空的极限中，球面和轴向情形下的主维里恒等式都简化为主压力的平衡条件，由Deser讨论过。
2022-06-06 gr-qc hep-th math-ph
Effective geometrostatics of spherical stars beyond general relativity
SISSA - International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；IFPU - Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；INFN Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)（安达卢西亚天体物理研究所）；School of Mathematics and Statistics, Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学数学与统计学院）
本文提出研究任意引力理论中恒星平衡问题的通用工具，推导了兼容这些基本要求的最一般恒星平衡方程，并讨论了保证对称中心测地完备性的条件，展示了引力减弱带来的普遍特性，如缓解广义相对论中的Buchdahl极限和存在描述具有完美流体核心的静态解的常规黑洞。
2026-07-10 gr-qc hep-th
Nonstandard general relativity II
本文研究了最近在真空情况下研究的非标准规范下物质处于流体静力平衡的爱因斯坦方程。我们得到球对称的解决方案，任何给定的旋转曲线。这些解可以用来描述星系的膨胀，而不需要假设有暗物质。
2012-12-01 gr-qc
Non perturbative spherical gravitational waves
众所周知，在广义相对论中，真空空间中不存在球面/拓扑球面引力波。我们证明，偏离广义相对论导致精确的真空球形引力波，无论多么微小的这种偏离。我们也讨论了相关的问题，包括$f(R)$引力中的Vaidya类度规。证明了球面引力波的存在是引力的一种非微扰性质。我们研究这种非微扰波携带的能量。我们首先通过对$f(R)$引力场的Vaidya类度规的研究，得到了只有一个经度偏振的波动解。通过直接求解场方程，我们进一步将其推广到具有两个横向极化的度规。
2021-12-10 gr-qc hep-th
Droplets in General Relativity: Exact Self-Consistent Solutions to the Interacting Scalar and Electromagnetic Field Equations
本文证明，对于广义相对论中的标量场、电磁场和引力场的自洽系统，其运动方程存在一类特殊的球对称或柱对称解。对于这些解，物理场消失，时空在临界球或临界柱外是平坦的。因此，这些构型的质量和电荷为零。建立了球对称液滴解与圆柱对称液滴解的主要区别。在第一种情况下，存在着液滴状结构连续变换为孤子的可能性，而在第二种情况下，则不存在这种可能性。
1996-03-21 gr-qc
Numerical viscosity in hydrodynamics simulations in general relativity
我们提出了另一种方法来估计的数值粘性模拟的天体物理对象，这是基于阻尼的流体振荡。我们将该方法应用于球坐标系下的广义相对论流体动力学模拟。我们进行一维球形和二维轴对称模拟的径向振荡的球形系统。我们首先通过添加体粘滞度的模拟来校准该方法，并研究不同数值方案之间的差异。我们应用该方法的径向振荡的中子星，我们得出的结论是，在这种情况下的主要来源的数值粘性是表面的恒星。我们希望这种方法可以是有用的计算分辨率的要求和限制的数值模拟在不同的天体物理场景在未来。
2010-07-23 astro-ph.SR gr-qc
A fast stroboscopic spectral method for rotating systems in numerical relativity
本文提出了一种数值方法来求解演化方程，如波动方程，在描述旋转天体物理致密天体的同动坐标系中，它避免了与光柱相关的问题。该技术实现了两个域之间的快速光谱匹配在相对旋转：一个内部的球形域，与源和躺在严格的光柱内，和外部的惯性球壳。即使重点放在频谱技术，匹配是独立的具体方式，其中方程求解每个域内，并可以适应不同的计划。我们用一些简单但有代表性的例子来说明这一策略。
2007-08-17 gr-qc
Comparison of post-Newtonian mode amplitudes with numerical relativity simulations of binary black holes
两个黑洞合并产生的引力波带有双黑洞强场动力学的特征。在这项工作中，我们使用了数值相对论模拟和后牛顿理论来研究这种动力学。后牛顿理论是一种低速扩展，它假设伴星是点粒子，而数值相对论将黑洞视为具有视界的扩展物体，并完全捕捉到它们的动力学。使用这些不同的方法计算出的波形彼此一致，特别是在黑洞以接近光速运动的后期，没有任何先验的理由。我们发现，值得注意的是，在后牛顿理论的领导阶振幅同意与完整的广义相对论解决方案的一大套球谐模式，即使在最动态的一部分的二进制演化，只有一些模式显示出明显不同的行为比数值相对论模拟发现。特别地，具有球谐指数l = m以及l = 2、m = 1的模式从它们的主导后牛顿行为修改最少。了解这些模式的性质，在后牛顿描述将有助于制定更好的模型，在强场制度的动态发射波形。
2020-07-07 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Metric Renormalization in General Relativity
在广义相对论的平均问题涉及到的困难，定义有意义的平均张量，我们认为这个问题的各个方面。我们首先解决宇宙学的反作用，因为平均爱因斯坦张量是不相同的平均度量的爱因斯坦张量。有人认为，逆反应可能解释了暗能量。我们在布歇特形式中用数值方法证明了（准）线性扰动的修正量仅为10^-5量级，并且充当了暗物质。然后，我们专注于构建平均度量，并提出了一个一般的协变平均过程，分解成Vielbeins度量和平行运输他们与相对论性Wegner-Wilson算子到一个单一的点，然后可以平均。Vielbein是在拉格朗日形式主义中选择的。在两个和三个空间维度的具体示例中展示了该过程的功能。这涉及到偏微分方程的数值解的模拟工具包Gascoigne的援助。
2008-12-16 gr-qc
Evolution of thin shells in D-dimensional General Relativity
本文考虑了嵌入在$D$维球对称体时空中的奇异类时球超曲面，该时空是具有宇宙学常数的Einstein方程的电真空解.我们分析了不同的可能性，关于标准的$r$坐标的梯度的方向与壳。然后，我们研究了满足主能量条件的任意物质的爱因斯坦方程的动力学。特别是，我们彻底分析了小壳半径和大壳半径限制的渐近动力学。我们还研究了满足主导能量条件的线性正压流体制成的壳的动力学的主要定性方面。最后，我们证明了这类解决方案的弱宇宙审查。
2018-08-12 gr-qc
Thin-shell wormholes in d-dimensional general relativity: Solutions, properties, and stability
我们在d维广义相对论中构造了具有宇宙学常数的薄壳带电虫洞。所构造的虫孔可以具有不同的喉道几何形状，即球形、平面和双曲线。与球面几何不同，平面几何和双曲几何允许不同的拓扑结构，并且可以被解释为连接两个宇宙的高维域壁或膜。在构造中，我们使用剪切粘贴程序，将两个相同的真空时空解连接在一起。性质，如零能量条件和测地线进行了研究。围绕静态解进行线性稳定性分析。稳定性的一般结果得到恢复以前的结果。
2010-08-19 gr-qc hep-th
Recovering General Relativity from massive gravity
我们获得了静态的，球对称的，渐近平坦的数值解的大质量引力源。这些解第一次明确地表明，通过所谓的Vainshtein机制恢复了广义相对论的史瓦西解。
2009-12-16 gr-qc hep-th
Approximations of the quasi-local Bartnik mass in general relativity
本研究利用 eth 算子和自旋加权球谐函数表达 ADM 质量，并将其推广至准局部 Bartnik 质量，进而提出一种深度学习方法以数值构造具有指定 Bartnik 质量的静态度量。
2024-03-17 gr-qc
