用于两矩中微子输运的 DG-IMEX 方法：中微子-物质耦合的非线性求解器
高能天体物理现象
2021-04-14 v1
摘要
中微子-物质相互作用在核坍缩超新星（CCSN）爆发中起着重要作用，因为它们促成了中微子与物质之间的轻子数和/或四动量交换，从而成为中微子驱动爆发的媒介。由于 CCSN 模拟中中微子输运的多尺度特性，需要对中微子-物质相互作用进行隐式处理，这要求在时间积分方案的每一步求解耦合非线性系统。本文设计并比较了用于 CCSN 模拟中常见的含能量耦合中微子-物质相互作用的隐式系统的非线性迭代求解器。具体而言，我们考虑电子中微子及其反粒子，它们通过 Bruenn~85 不透明度集与静态物质构型相互作用。该隐式系统源于非相对论两矩中微子输运模型的离散化，该模型采用间断 Galerkin（DG）方法进行相空间离散，并采用隐式-显式（IMEX）时间积分方案。在此 DG-IMEX 方案框架下，我们提出两种构造非线性系统的方法——耦合方法与嵌套方法。对每种方法，所得系统均采用 Anderson 加速不动点迭代与牛顿法求解。这四种迭代求解器的性能已在具有不同碰撞程度的弛豫问题，以及采用若干取自球对称 CCSN 模拟的物质剖面的原中子星去轻子化问题上进行了比较。数值结果表明，对于求解含能量耦合中微子-物质相互作用的隐式非线性系统，嵌套 Anderson 加速不动点求解器比其他被测求解器更高效。
引用
@article{arxiv.2102.02186,
title = {A DG-IMEX method for two-moment neutrino transport: Nonlinear solvers for neutrino-matter coupling},
author = {M. Paul Laiu and Eirik Endeve and Ran Chu and J. Austin Harris and O. E. Bronson Messer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.02186},
year = {2021}
}
备注
This paper has been accepted for publication in ApJS