SENR/NRPy+：奇异曲线坐标系中的数值相对论
广义相对论与量子宇宙学
2018-03-30 v2 高能天体物理现象
摘要
我们报告一个名为 SENR/NRPy+ 的新的开源、用户友好型数值相对论代码包。我们的代码将 BSSN 参考度规公式的先前实现扩展至更广泛的曲线坐标系类，使其非常适合于建模具有近似或精确对称性的物理构型。在黑洞动力学建模中，其效率比其他广泛使用的开源数值相对论代码高数个量级。NRPy+ 提供基于 Python 的接口，其中方程以自然张量形式书写，并以任意有限差分阶数输出为高效 C 代码，使复杂张量方程触手可及，无需昂贵的软件许可证。SENR 提供算法框架，将 NRPy+ 生成的 C 代码组合为可运行的数值相对论代码。我们针对另外两个成熟的尖端代码进行验证，并取得极佳一致性。我们首次在穿刺、小号和双黑洞演化的背景下证明：在固定中等分辨率的类球坐标网格下，随着空间有限差分导数阶数提高，约束违反与引力波波形误差近乎指数收敛至零。在视界外的此类行为十分显著，因为数值误差在视界内并不收敛至零，且极轴所有点均为坐标奇点。该公式通过单元中心网格与简单的基变换来处理此类坐标奇点，后者对坐标相关的张量分量进行解析正则化。未来计划包括扩展该公式以允许动态坐标网格与双球状类点分布，从而高效捕捉绕转致密双星动力学。
引用
@article{arxiv.1712.07658,
title = {SENR/NRPy+: Numerical Relativity in Singular Curvilinear Coordinate Systems},
author = {Ian Ruchlin and Zachariah B. Etienne and Thomas W. Baumgarte},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.07658},
year = {2018}
}
备注
23 pages, 7 figures, matches published version