Theoretical Studies in Gravitation and Astrophysics
引力和天体物理学的理论研究
基本信息
- 批准号:1662211
- 负责人:
- 金额:$ 42.3万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-09-01 至 2021-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The LIGO-VIRGO Scientific Collaboration recently reported the first two direct detections of gravitational wave (GW) signals and demonstrated that these events (named GW150914 and GW151226) were produced by the inspiral and coalescence of binary black holes. This breakthrough marks the beginning of the era of GW astronomy. They also provide the strongest evidence yet that Einstein's theory of general relativity (GR) is the correct theory of gravity and that binary and spinning black holes exist with the properties prescribed by GR. The research funded within this project spans several problems involving GR, the generation of GWs, relativistic hydrodynamics (fluid flow in strong gravitational fields and moving at the speed of light)) and relativistic magnetohydrodynamics (fluid flow in magnetic fields). A common thread uniting the different theoretical topics is the crucial role of gravitation, especially relativistic gravitation. Compact objects (black holes, neutron stars and white dwarfs) provide the principal forum, and the dynamics of matter in a strong gravitational field is a major theme. Some of the topics for investigation include the inspiral and coalescence of compact binaries (binary black holes, binary neutron stars and binary black hole--neutron stars), the generation of GWs from compact binaries and other promising astrophysical sources and the electromagnetic signals that may accompany them (e.g., gamma-ray bursts), gravitational collapse, circumbinary disks around merging supermassive black holes in the cores of galaxies and quasars, and the profile and observable consequences of dark matter (the major form of matter in the universe and unlike normal atoms and their constituents) around supermassive black holes in galaxy cores, including the Milky Way. The results have important implications for astronomical observations, including those planned for GW interferometers, such as the Advanced LIGO/VIRGO network, GEO, KAGRA, the PTAs and LISA, and transient-event electromagnetic detectors, such as the Large Synoptic Survey Telescope (LSST).Most of these topics represent long-standing, fundamental problems in theoretical physics requiring large-scale computation for solution. Hence the approach involves to a significant degree large-scale simulations on supercomputers, in addition to analytical modeling. The key tool will be our robust and well-tested Illinois general relativistic, magnetohydrodynamic (GRMHD) code. The simulations solve Einstein's field equations of GR for gravity coupled to the equations of relativistic MHD for the fluid and Maxwell's equations for the electromagnetic fields. These equations constitute highly nonlinear, coupled partial differential equations in 3+1 dimensions that we solve by finite-differencing. The Illinois GRMHD code employs the BSSN technique with moving puncture gauge conditions to solve the field equations and a high-resolution, shock capturing scheme for the MHD. The problems to be tackled comprise both initial value and evolution computations and treat vacuum spacetimes containing black holes, as well as spacetimes containing realistic matter sources, magnetic fields and both electromagnetic and neutrino radiation ("multimessenger astronomy").
Ligo-Virgo科学合作最近报道了引力波(GW)信号的前两个直接检测,并证明这些事件(称为GW150914和GW151226)是由二元黑孔的灵感和合并产生的。这一突破标志着GW天文学时代的开始。他们还提供了最有力的证据,表明爱因斯坦的一般相对论理论(GR)是正确的重力理论,而GR规定的性质存在二元和旋转黑洞。该项目中资助的研究涵盖了涉及GR的几个问题,GW的产生,相对论的流体动力学(强力引力场中的流体流量以及以光的速度移动))和相对论的磁流失动力学(磁场中的流体流动)。结合不同理论主题的一个共同线程是引力的关键作用,尤其是相对论重力。紧凑的物体(黑洞,中子星和白矮人)提供了主要论坛,在强烈的引力领域中物质的动态是一个主要主题。一些调查的主题包括紧凑型二进制文件的灵感和聚结(二进制黑洞,二进制中子星星和二进制黑洞 - 内部恒星),紧凑型二进制文件和其他有前途的天体物理来源的GW产生,以及可能伴随着它们的黑色繁殖量,例如,胶水弥补,胶水,胶水,胶水弥补,)星系和类星体核心的孔,以及暗物质(宇宙中的主要形式,与正常原子及其成分不同)的曲线和可观察的后果,包括银河系核心的超大质量黑洞,包括银河系。结果对天文学观察具有重要意义,包括计划用于GW干涉仪的观察,例如先进的Ligo/Wigo网络,GEO,Kagra,Kagra,PTA和LISA,以及瞬时事件电磁探测器,例如大型概要望远镜(LSST)的大多数概述,对于这些大型概述,大型的概述了长期以来的问题。因此,除了分析建模外,该方法在很大程度上涉及超级计算机的大规模模拟。关键工具将是我们稳健且经过充分测试的伊利诺伊州一般相对论,磁性水力动力学(GRMHD)代码。该模拟求解了重力的gr的爱因斯坦磁场方程,并为电磁场的流体和麦克斯韦方程的相对论MHD方程耦合。这些方程构成了我们通过有限差异求解的3+1维度的高度非线性,耦合的部分微分方程。伊利诺伊州GRMHD代码采用BSSN技术,具有移动的穿刺仪条件,以求解现场方程,并为MHD提供高分辨率,震惊的捕获方案。要解决的问题包括初始价值和进化计算,并处理包含黑洞的真空空间,以及含有现实的物质源,磁场以及电磁场和中微子辐射的空间(“ Multimessenger天文学”)。
项目成果
期刊论文数量(39)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Initial-data contribution to the error budget of gravitational waves from neutron-star binaries
初始数据对中子星双星引力波误差预算的贡献
- DOI:10.1103/physrevd.94.044049
- 发表时间:2016
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Tsokaros, Antonios;Mundim, Bruno C.;Galeazzi, Filippo;Rezzolla, Luciano;Uryū, Kōji
- 通讯作者:Uryū, Kōji
Evolution of bare quark stars in full general relativity: Single star case
完全广义相对论中裸夸克星的演化:单星情况
- DOI:10.1103/physrevd.103.123011
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Zhou, Enping;Kiuchi, Kenta;Shibata, Masaru;Tsokaros, Antonios;Uryū, Kōji
- 通讯作者:Uryū, Kōji
Neutron stars harboring a primordial black hole: Maximum survival time
拥有原始黑洞的中子星:最长生存时间
- DOI:10.1103/physrevd.103.l081303
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Baumgarte, Thomas W.;Shapiro, Stuart L.
- 通讯作者:Shapiro, Stuart L.
GW190814: Spin and Equation of State of a Neutron Star Companion
- DOI:10.3847/1538-4357/abc421
- 发表时间:2020-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:A. Tsokaros;M. Ruiz;S. Shapiro
- 通讯作者:A. Tsokaros;M. Ruiz;S. Shapiro
Accretion onto a small black hole at the center of a neutron star
吸积到中子星中心的小黑洞上
- DOI:10.1103/physrevd.103.104009
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:5
- 作者:Richards, Chloe B.;Baumgarte, Thomas W.;Shapiro, Stuart L.
- 通讯作者:Shapiro, Stuart L.
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Spin in binary neutron star initial data
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- DOI:
- 发表时间:
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- 影响因子:0
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2018 - 期刊:
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- 发表时间:
2021 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Antonios Tsokaros;Milton Ruiz;Stuart Shapiro;Lunan Sun;Koji Uryu - 通讯作者:
Koji Uryu
Classification of Environmental Estrogens by Physicochemical Properties Using Principal Component Analysis and Hierarchical Cluster Analysis
使用主成分分析和层次聚类分析按理化性质对环境雌激素进行分类
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2001 - 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
Takahiro Suzuki;Kunihito Ide;M. Ishida;Stuart Shapiro - 通讯作者:
Stuart Shapiro
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