GRay2：用于克尔时空的通用测地线积分器
高能天体物理现象
2018-11-07 v1
摘要
在克尔时空中快速且精确地积分测地线，是模拟黑洞附近恒星轨道和辐射输运的重要工具。大多数现有积分算法采用 Boyer-Lindquist 坐标，该坐标在事件视界和沿两极处存在坐标奇点。处理这些奇点需要在这些区域进行特殊的数值处理，通常会减慢计算速度，并可能导致不精确的测地线。我们在此提出一种新的通用测地线积分器 GRay2，它通过采用笛卡尔形式的 Kerr-Schild 坐标克服了这些问题。通过对测地线方程进行特定的数学处理和多项优化，我们开发了一种笛卡尔 Kerr-Schild 坐标的实现，其性能优于使用看似更简单的 Boyer-Lindquist 坐标方程的计算。我们还采用了 OpenCL 框架，这使得 GRay2 能够在多核 CPU 以及广泛的 GPU 硬件加速器上运行，使算法更具通用性。我们报告了 GRay2 对于类时（粒子）和零（光子）测地线的众多收敛性测试和基准测试结果。
引用
@article{arxiv.1706.07062,
title = {GRay2: A General Purpose Geodesic Integrator for Kerr Spacetimes},
author = {Chi-kwan Chan and Lia Medeiros and Feryal Ozel and Dimitrios Psaltis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1706.07062},
year = {2018}
}
备注
11 pages, 9 figures, 3 tables; submitted to ApJ