广义相对论与量子宇宙学
[提交于 2023年3月14日
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标题: Kerr时空的双曲叶层上1+1 Teukolsky方程的对称积分
标题: Symmetric integration of the 1+1 Teukolsky equation on hyperboloidal foliations of Kerr spacetimes
摘要: 本工作概述了一种快速、高精度的时间域求解器,用于Kerr时空的双曲叶层上的标量、电磁和引力扰动。 时间域Teukolsky方程求解器通常使用显式方法,这些方法在数值上会破坏Noether对称性,并受到Courant限制。 这些限制可能在模拟长时间极端质量比吸积时限制显式方案的性能,这种现象预计会在LISA频段出现2至5年。 因此,我们探索了对称(指数、Padé或Hermite)积分器,这些积分器是无条件稳定的,并且已知可以保持某些Noether对称性和相空间体积。 对于线性双曲方程,这些隐式积分器可以转换为显式形式,使其非常适合黑洞扰动的长时间演化。 1+1模态Teukolsky方程在空间上使用多项式配点方法进行离散化,并通过模式耦合数组和离散化的(矩阵)微分算子转化为一组耦合的常微分方程。 我们使用矩阵化技术将模式耦合系统转换为适用于线法框架的形式,这简化了数值实现,并在CPU和GPU架构上实现了高效的并行化。 我们通过研究亚极端和极端情况下的Kerr时空扰动的晚期尾部来测试我们的数值代码。
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