BHaHAHA：面向数值相对论的快速、稳健的视界查找库
广义相对论与量子宇宙学
2026-04-15 v2 天体物理仪器与方法
摘要
视界 (AH) 查找器对于表征黑洞和在数值相对论 (NR) 仿真中切除其内部至关重要。然而，迄今为止开源的 AH 查找器与单个 NR 代码紧密耦合。我们介绍 BHaHAHA，即 BlackHoles@Home Apparent Horizon Algorithm，这是首个用于 NR 中视界查找的开源、与基础设施无关的库。BHaHAHA 实现了首次出现的基于双曲线流的算法，将 marginally outer trapped surface 的椭圆偏微分方程转化为阻尼非线性波方程。为提升性能，BHaHAHA 采用多网格式细化策略、松弛技术和 OpenMP 并行化。与简单实现的双曲松弛相比，这些增强措施在单个时空切片上实现了 64 倍加速，使 BHaHAHA 能够在运行时间上仅略高于广泛使用的 (单核) AHFinderDirect，并在多核上超越其。在高性能计算集群上进行的动态视界跟踪中，BHaHAHA 相对于 AHFinderDirect 快约 2.1 倍，准确度受限于来自主机 NR 代码的度量数据插值的精度。BHaHAHA 在Einstein Toolkit 和 BlackHoles@Home 中均已实现并测试，表明双曲松弛方法可以是一种稳健、通用且高性能的视界查找方法。
引用
@article{arxiv.2505.15912,
title = {BHaHAHA: A Fast, Robust Apparent Horizon Finder Library for Numerical Relativity},
author = {Zachariah B. Etienne and Thiago Assumpção and Leonardo Rosa Werneck and Samuel D. Tootle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.15912},
year = {2026}
}
备注
28 pages, 6 figures. Matches published version