物理学。Rev.D 78，064054（2008）-用新代码模拟合并紧凑二进制文件（SACRA）

用新代码模拟合并紧凑二进制文件（SACRA）

山本哲郎、柴田正郎和谷口惠介

物理学。版次D78，064054–2008年9月19日出版

摘要

我们报告了用于数值相对论模拟的新代码SACRA（相对论天体物理中紧凑物体的模拟器），其中实现了自适应网格细化算法。在该程序中，爱因斯坦方程采用Baumgarte-Shapiro-Shibata-Nakamura形式，通过四阶有限差分求解，水动力方程采用三阶高分辨率中心格式求解。采用四阶Runge-Kutta格式进行时间积分。为了验证该程序，对黑洞-黑洞、中子星-中子星（NS-NS）和黑洞-中子星双星（BH-NS）的合并进行了模拟，并对合并后形成的黑洞的性质和引力波形进行了比较。对于黑洞-黑洞双星的模拟，我们采用了与Buonanno相同的初始条件等。[1] 并对数值结果进行了比较。我们发现，除了可能与规范条件和数值格式的选择不同有关的轻微分歧外，我们的意见是合理的。对于NS-NS二进制，我们使用SACRA和Shibata先前的代码进行了模拟，并发现两个数值结果在引力波形的最终结果和定性性质方面有合理的一致性。我们还发现，对于NS-NS二进制文件的数值结果，收敛速度相对较慢，并且再次认识到需要使用多个分辨率和网格设置进行长期数值模拟来验证结果。对于BH-NS二进制，我们将数值结果与之前的结果进行了比较，发现合并后形成的BH的引力波形和性质与之前的很好地一致，尽管合并后产生的圆盘质量小于总静止质量的0.1%，这与之前的结果不一致。我们还报告了长期模拟的数值结果（ $\sim 4$ 轨道）首次用于BH-NS二进制。所有这些数值结果都显示了收敛行为，并且在吸气阶段花费的时间的外推数值结果与后牛顿预测在合理的精度上一致。这些事实验证了SACRA的结果。