蒂希，沃尔夫冈;季立伟;阿纳亚·阿迪卡里;阿里雷扎·拉什蒂;米查尔·皮罗格 基于新间断Galerkin方法的数值相对论程序Nmesh公司. （英语） Zbl 1517.83008号 经典量子引力 40，第2号，文章ID 025004，39 p.（2023）. 摘要：解释引力波观测和理解黑洞或中子星等天体物理致密物体的物理特性需要准确的理论模型。在这里，我们提出了一个新的数值相对论计算机程序，称为Nmesh，其设计目标是成为下一代程序，用于模拟具有挑战性的相对论天体物理学问题，如双星黑洞或中子星合并。为了在大型超级计算机上高效运行，Nmesh使用了一种不连续的Galerkin方法以及一种并行化和可扩展性好的区域分解和网格细化。在这项工作中，我们讨论了我们使用的各种数值方法。我们还介绍了标量波、单个黑洞和中子星以及冲击管的演化等测试问题的结果。此外，我们引入了一种新的正限制器，它允许我们在没有额外人工大气层或其他更传统的限制器的情况下稳定地演化单中子星。 引用于1文件 MSC公司： 83C27型 格点引力、Regge微积分和广义相对论和引力理论中的其他离散方法 65M60毫米 涉及偏微分方程初值和初边值问题的有限元、Rayleigh-Ritz和Galerkin方法 85甲15 星系和恒星结构 83 C55 引力场与物质的宏观相互作用（流体力学等） 2005年76月 量子流体力学与相对论流体力学 2006年第68季度 作为计算模型的网络和电路；电路复杂性 关键词：间断伽辽金法;数值相对论;中子星;正极限制器;广义相对论流体力学;黑洞 软件：西班牙石油公司;SpECTRE公司;Nmesh公司;地毯X;GRaM-X公司;传感器/NRPy+;GRChombo公司 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{W.Tichy}等人，《经典量子引力》40，第2期，文章ID 025004，39页（2023年；Zbl 1517.83008） 全文： 内政部 arXiv公司 参考文献： [1] Abbott，B.P.，GW170817：从双星中子星insural，Phys观测引力波。修订稿。，119 (2017) ·doi:10.1103/PhysRevLett.119.1101 [2] Abbott，B.P.，来自双星中子星合并的引力波和伽马射线：GW170817和GRB 170817A，天体物理学。J.莱特。，848，L13（2017）·doi:10.3847/2041-8213/aa920c [3] Coulter，D.A.，Swope超新星调查2017a（SSS17a），引力波源的光学对应物，《科学》，3581556-8（2017）·doi:10.1126/science.aap9811 [4] Abbott，B.P.，GWTC-1：LIGO和处女座在第一次和第二次观测运行期间观测到的紧凑双星合并的引力波瞬态目录，Phys。第9版（2019年）·doi:10.103/物理版本X.9.031040 [5] Abbott，R.，GWTC-2：LIGO和处女座在第三次观测运行（Phys）的前半段期间观测到的致密双星合并。版本X，11（2021）·doi:10.103/物理版本X.11.021053 [6] Abbott，R.，《从两个中子-恒星-黑洞合并中观察引力波》，天体物理学。J.莱特。，915，L5（2021）·doi:10.3847/2041-8213/ac082e [7] Abbott，B.P.，双星中子星合并的多梅森格观测，天体物理学。J.、848、L12（2017）·doi:10.3847/2041-8213/aa91c9 [8] Abbott，B.P.，《哈勃常数的引力波标准报警器测量》，《自然》，55185-88（2017）·doi:10.1038/nature24471 [9] 根号D。；Perego，A。；Zappa，F。；Bernuzzi，S.，GW170817：多信使观测对中子星状态方程的联合约束，天体物理学。J.，852，L29（2018）·doi:10.3847/2041-8213/aaa402 [10] 大多数，E.R。；Weih，L.R。；雷佐拉，L。；Jürgen，S-B，GW170817中子星半径和潮汐变形能力的新约束，物理。修订稿。，120 (2018) ·doi:10.10103/物理通讯.120.261103 [11] Metzger，B.D.，Kilonovae，Living Rev.Rel.，23，1（2020年）·doi:10.1007/s41114-019-0024-0 [12] Tim Dietrich，M.W。；Coughlin，P.T H。；彭，M.B。；海因策尔，J。；Issa，L。；图斯，I。；Antier，S.，《中子-恒星状态方程和哈勃常数的多信使约束》，《科学》，3701450-3（2020）·Zbl 1478.83007号 ·doi:10.1126/science.abb4317 [13] Blanchet，L.，《后牛顿源的引力辐射和激发致密双星》，《生活评论》，第17、2期（2014年）·Zbl 1316.83003号 ·doi:10.12942/lrr-2014-2 [14] Bernd Bruegmann，J.A。；Gonzalez，M.H。；胡萨，S。；斯佩尔哈克，美国。；Tichy，W.，《移动穿刺模拟校准》，Phys。D版，77（2008）·doi:10.1103/PhysRevD.77.024027 [15] 蒂尔费尔德，M。；贝努齐，S。；Bernd，B.，双中子星的数值相对论模拟，Phys。版本：D84（2011）·doi:10.1103/PhysRevD.84.044012 [16] Dietrich，T。；贝努齐，S。；Ujevic，M。；Bernd，B.，使用保守网格细化对中子星合并残留物进行的数值相对论模拟，Phys。版次：D91（2015）·doi:10.1103/PhysRevD.91.124041 [17] Löffler，F.，《爱因斯坦工具包：相对论天体物理学的社区计算基础设施》，课堂。量子引力。，29 (2012) ·Zbl 1247.83003号 ·doi:10.1088/0264-9381/29/11/115001 [18] Haas，Ret al.2020爱因斯坦工具包（可在以下网址获取：http://einsteintoolkit.org) [19] Ruchlin，I。；艾蒂安，Z.B。；Baumgarte，T.W.，SENR/NRPy+：奇异曲线坐标系中的数值相对论，Phys。版次D，97（2018）·doi:10.1103/PhysRevD.97.064036 [20] Kiuchi，K。；Kyohei，K。；Kyutoku，K。；Sekiguchi，Y。；Shibata，M.，来自聚并双星中子星的亚径向精度引力波II：状态方程、双星质量和质量比的系统研究，物理学。D版，101（2020）·doi:10.1103/PhysRevD.101.084006 [21] SpEC-光谱爱因斯坦代码（可访问：www.black-holes.org/SpEC.html） [22] Boyle，M.，双星黑洞模拟的SXS协作目录，Class。量子引力。，36（2019）·doi:10.1088/1361-6382/ab34e2 [23] 《宇宙探险家：美国对LIGO，Bull以外引力波天文学的贡献》，Reitze，D.著。Am.Astron公司。Soc.，51，035（2019年） [24] Kawamura，S.，空间引力波天线DECIGO和B-DEGIGO的现状，PTEP，2021，05A105（2021）·doi:10.1093/ptep/ptab019 [25] Punturo，M.，《爱因斯坦望远镜：第三代引力波天文台》，Class。量子引力。，27 (2010) ·Zbl 1184.83017号 ·doi:10.1088/0264-9381/27/19/194002 [26] Adhikari，R.X.，下一代引力波探测器的天体物理科学度量，Class。量子引力。，36 (2019) ·doi:10.1088/1361-6382/ab3cff [27] Amaro-Seoane，P.，激光干涉仪空间天线（2017） [28] 阿克利，K.，《中子星极端物质天文台：全球网络中的千赫波段引力波探测器》，Publ。阿童木。南澳大利亚州。，37，e047（2020）·doi:10.1017/pasa.2020.39 [29] Luo，J.，天琴：太空引力波探测器，Class。量子引力。，33 (2016) ·doi:10.1088/0264-9381/33/3/035010 [30] Bugner，M。；Dietrich，T。；贝努齐，S。；韦豪森，A。；Bernd，B.，用加权基本非振荡间断Galerkin方法求解三维相对论流体动力学问题，Phys。D版，94（2016）·doi:10.1103/PhysRevD.94.084004 [31] 希尔蒂奇，D。；韦豪森，A。；Bernd，B.，引力波崩塌的伪谱方法，物理学。修订版D，93（2016）·doi:10.1103/PhysRevD.93.063006 [32] Shankar，S。；莫斯塔，P。；Brandt，S.R。；哈斯，R。；Schnetter，E。；de Graaf，Y.，GRaM-X：一种新的GPU加速的动态时空GRMHD代码，用于使用爱因斯坦工具包进行exascale计算（2022） [33] Schnetter，E。；Brandt，S。；库普，S。；哈斯，R。；莫斯塔，P。；Shankar，S.、CarpetX（0.1.0）、Zenodo（2022）·doi:10.5281/zenodo.6131529 [34] 费尔南多，M。；Neilsen，D。；Lim，H。；Hirschmann，E。；Sundar，H.，《双星黑洞中间质量比率激励的大规模并行模拟》，SIAM J.Sci。计算。，41、C97-C138（2019）·Zbl 1416.83050号 ·doi:10.1137/18M1196972 [35] Sven，K.，动态时空上GRMHD的exascale代码，J.Phys.：Conf.系列。，1031 (2018) ·doi:10.1088/1742-6596/1031/02017 [36] Daszuta，B。；Zappa，F。；库克·W·。；根号D。；贝努齐，S。；Morozova，V.，GR-Athena++：以顶点为中心的八叉树自适应网格细化的穿刺进化，Astrophys。《补充期刊》，257，25（2021）·doi:10.3847/1538-4365/ac157b [37] 克拉夫，K。；菲格拉斯，P。；芬克尔，H。；Kunesch先生。；Lim，E.A。；Tunyasuvunakool，S.，GRChombo:自适应网格细化的数值相关性，Class。量子引力。，32 (2015) ·Zbl 1331.83003号 ·doi:10.1088/0264-9381/32/24/245011 [38] Andrade，T.，GRChombo:基础物理的适应性数值相对论代码，J.开源软件。，6, 3703 (2021) ·doi:10.21105/joss.03703 [39] Kidder，L.E.，SpECTRE:相对论天体物理学的基于任务的间断伽辽金代码，J.Compute。物理。，335, 84-114 (2017) ·Zbl 1380.65274号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.12.059 [40] Deppe，N.，用间断Galerkin方法模拟磁化中子星，物理学。D版，105（2022）·doi:10.1103/PhysRevD.105.123031 [41] 罗斯沃格，S。；Diener，P.，SPHINCS_BSSN：动力学时空的广义相对论光滑粒子流体动力学代码，Class。量子引力。，38 (2021) ·Zbl 1480.83062号 ·doi:10.1088/1361-6382/abee65 [42] Cockburn，B。；Shu，C-W，标量守恒定律的Runge-Kutta局部投影P^1-离散伽辽金有限元法，25337-61（1991）·Zbl 0732.65094号 [43] Cockburn，B。；Shu，C-W，TVB Runge-Kutta局部投影非连续伽辽金守恒定律有限元方法II：一般框架，数学。计算。，52, 411-35 (1989) ·Zbl 0662.65083号 ·doi:10.2307/2008474 [44] Cockburn，B。；林，S-Y；Shu，C-W，TVB Runge-Kutta局部投影非连续Galerkin守恒定律有限元方法III：一维系统，J.Compute。物理。，84, 90-113 (1989) ·Zbl 0677.65093号 ·doi:10.1016/0021-9991（89）90183-6 [45] Cockburn，B。；侯，S。；Shu，C-W，守恒定律的Runge-Kutta局部投影间断galerkin有限元方法。四： 多维案例，数学。计算。，545-81（1990年）·Zbl 0695.65066号 [46] Cockburn，B。；Shu，C-W，守恒定律的Runge-Kutta间断伽辽金方法V：多维系统，J.Compute。物理。，141, 199-224 (1998) ·Zbl 0920.65059号 ·doi:10.1006/jcph.1998.5892 [47] 根号D。；Rezzolla，L.，《广义相对论流体动力学的间断Galerkin方法：球对称时空的公式和应用》，Phys。D版，84（2011）·doi:10.1103/PhysRevD.84.024010 [48] Teukolsky，S.A.，相对论天体物理学的间断Galerkin方法公式，J.Compute。物理。，312, 333-56 (2016) ·Zbl 1352.65374号 ·doi:10.1016/j.jcp.2016.02.031 [49] Dumbser，M。；Guercilena，F。；科佩尔，S。；雷佐拉，L。；Zanotti，O.，《爱因斯坦方程的共形和协变Z4公式：强双曲一阶约化和间断Galerkin格式的解》，Phys。版次D，97（2018）·doi:10.103/物理版本D.97.084053 [50] Fambri，F。；Dumbser，M。；科佩尔，S。；雷佐拉，L。；Zanotti，O.，《广义相对论理想磁流体力学的ADER间断Galerkin格式》，孟买。不是。R.阿斯顿。Soc.，477，4543-64（2018年）·数字对象标识代码：10.1093/mnras/sty734 [51] 曹，Z。；裴，F。；李伟，J。；Xia，Y.，用自适应有限元方法模拟二元黑洞II：局部间断伽辽金方法在爱因斯坦方程中的应用（2018） [52] 德普，N。；赫伯特，F。；基德，L.E。；Teukolsky，S.A.，GRMHD的高阶激波捕获非连续Galerkin单元差分混合方法，Class。数量。格拉夫。，39 (2022) ·Zbl 1507.85009号 [53] Arnowitt，R。；Deser，S。；米斯纳，C.W。；Witten，L.，《广义相对论动力学》，《引力：当前研究导论》，第227-65页（1962年），纽约：威利出版社，纽约·Zbl 0115.43103号 [54] 阿布拉莫维茨，M。；Stegun，I.A.，《公式、图形和数学表数学函数手册》（1972），华盛顿：美国政府印刷局，华盛顿·Zbl 0543.33001号 [55] 赫伯特，法索瓦；基德，L.E。；Teukolsky，S.A.，用间断Galerkin方法的广义相对论中子星演化，物理学。D版，98（2018）·doi:10.1103/PhysRevD.98.044041 [56] Tichy，W。；拉什蒂，A。；Dietrich，T。；杜迪，R。；Bernd，B.，《构建具有高自旋、高致密性和高质量比的双星中子星初始数据》，Phys。修订版D，100（2019）·doi:10.1103/PhysRevD.100.124046 [57] Bugner，M2018广义相对论流体动力学的间断galerkin方法博士论文耶拿论文，Friedrich-Schiller-Universität Jena，2017 [58] Lee Lindblom，文学硕士。；谢尔，L.E。；Kidder，R.O。；Rinne，O.，一个新的广义调和演化系统，类。量子引力。，23，S447-62（2006）·Zbl 1191.83013号 ·doi:10.1088/0264-9381/23/16/S09 [59] 鲍姆加特，T.W。；Shapiro，S.L.，《数值相对论，在计算机上求解Eisnstein方程》（2010），纽约：剑桥大学出版社，纽约·Zbl 1198.83001号 [60] Bruegmann，B.，球壳上时间相关张量场的伪谱矩阵方法，J.Comput。物理。，235, 216-40 (2013) ·doi:10.1016/j.jcp.2012.11.007 [61] Tichy，W.，与数值相对论有关的初值问题，Rept。掠夺。物理。，80 (2017) ·doi:10.1088/1361-6633/80/2/026901 [62] Banyuls，F。；字体，J.A。；伊巴内斯，J.M。；马蒂，J.M。；Miralles，J.A.，《数值3+1广义相对论流体动力学：局部特征方法》，天体物理学。J.，476221（1997）·数字对象标识代码：10.1086/303604 [63] Galeazzi，F。；西卡斯顿。；雷佐拉，L。；Font，J.A.，广义相对论中辐射传递简化方法的实现，物理学。D版，88（2013）·doi:10.1103/PhysRevD.88.064009 [64] 哥特利布，S。；舒，C-W；Tadmor，E.，强稳定性保持高阶时间离散化方法，SIAM Rev.，43，89-112（2001）·Zbl 0967.65098号 ·doi:10.1137/S003614450036757X [65] 字体，J.A。；米勒，M。；孙，W.M。；托拜厄斯，M.，《三维数值广义相对论流体动力学：公式、方法和代码测试》，《物理学》。D版，61（2000）·doi:10.1103/PhysRevD.61.044011 [66] Dimmelmeier，H。；字体，J.A。；Müller，E.，旋转核心坍塌的相对论模拟。方法、初始模型和代码测试，Astron。天体物理学。，388, 917-35 (2002) ·doi:10.1051/0004-6361:200563 [67] Baiotti，L。；霍克，I。；蒙特罗，P.J。；勒弗勒，F。；雷佐拉，L。；斯特吉奥拉斯，N。；字体，J.A。；Seidel，E.，《旋转中子星坍缩为克尔黑洞的三维相对论模拟》，Phys。D版，71（2005）·doi:10.1103/PhysRevD.71.024035 [68] 山本，T。；柴田，M。；Taniguchi，K.，用新代码SACRA模拟合并紧凑二进制文件，Phys。D版，78（2008）·doi:10.1103/PhysRevD.78.064054 [69] 雷佐拉，L。；Zanotti，O.，相对论流体动力学（2013），牛津：牛津大学出版社，牛津·Zbl 1297.76002号 [70] Baiotti，L。；Rezzolla，L.，《双中子星合并：爱因斯坦最富有的实验室综述》，Rept。掠夺。物理。，80 (2017) ·doi:10.1088/1361-6633/aa67bb [71] Poudel，A。；Tichy，W。；布吕格曼，B。；Dietrich，T.，通过改进真空处理提高双星中子星模拟的准确性，Phys。D版，102（2020）·doi:10.10103/PhysRevD.102.104014 [72] 字体，J.A。；古代尔，T。；Sai Iyer，医学硕士。；Miller，L.R。；塞德尔，E。；斯特吉奥拉斯，N。；Suen，W-M；托拜厄斯，M.，《三维广义相对论流体动力学》。2.单个相对论恒星的长期动力学。D版，65（2002）·doi:10.1103/PhysRevD.65.084024 [73] McDermott，P.N。；van Horn，H.M。；Scholl，J.F.，暖中子星的非径向g模振荡，天体物理学。J.，268837-48（1983年）·数字对象标识代码：10.1086/161006 [74] Shu，C-W，TVB守恒定律的一致高阶格式，数学。计算。，49, 105-21 (1987) ·Zbl 0628.65075号 ·doi:10.1090/S0025-5718-1987-0890256-5 [75] 沙尔，K。；Bauer，A。；Chandrashekar，P。；帕克莫尔。；克林根贝格，C。；Springel，V.，《高阶间断Galerkin格式和自适应网格细化的天体物理流体动力学》，Mon。不是。R.阿斯顿。Soc.，4534278-300（2015）·doi:10.1093/mnras/stv1859 [76] Moe，S.A。；Rossmanith，J.A。；Seal，D.C.，不连续伽辽金方法的一种简单有效的高阶冲击捕获限制器（2015） [77] 马蒂，J.M。；Müller，E.，狭义相对论中的数值流体力学，《相对论生活评论》。，2, 3 (1999) ·Zbl 0944.83006号 ·doi:10.12942/lrr-1999-3 [78] 赵，J。；Tang，H.，特殊相对论流体力学的带weno限制器的Runge-Kutta间断伽辽金方法，J.Comput。物理。，242, 138-68 (2013) ·Zbl 1314.76035号 ·doi:10.1016/j.jcp.2013.02.018 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。