Initial data for numerical relativity simulations associated with standing waves

与驻波相关的数值相对论模拟的初始数据

基本信息

批准号：
22K03636
负责人：
瓜生康史
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of the Ryukyus
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2022年度の研究成果として，イリノイ大（米国），マックスプランク研究所（ドイツ），華中科技大（中国）の研究者らと共同で，連星クォーク星の合体シミュレーションに成功した。このシミュレーションのために，本研究課題を含む科研費助成事業で開発してきた，数値相対論の初期データ計算コード COCAL（Compact Object CALculator）を用いて計算した，連星クォーク星の初期データを提供した。一般にクォーク星は中性子星よりコンパクトになるため重力場が強くなることと，クォーク物質は圧力がゼロとなる星の表面で密度が有限の値をとることから，数値計算の精度が悪化することが分かった。これらの数値誤差を補正するルーチンを加えることで，円軌道にある連星クォーク星の準平衡解を精度よく計算することができた。次に，これまでにCOCAL上で開発してきた磁場を伴う相対論的回転星の計算コードを，星の外部がフォースフリー磁気圏となっている場合の解を求められるよう拡張した。これを用いて，極めて強い磁場を伴う相対論的回転星の平衡解を求めることに成功した。特に，ここで求めたモデルでは，星の赤道面上の表面に近い部分で，いわゆる捩れたトーラス状の磁場が極端に強くなり，この部分の物質を排除できることが分かった。この効果により，星の内部に物質の密度が無視できるトンネル状の磁気圏持つような解が存在することを世界で初めて示した。COCALコードは2007年ごろから継続的に開発しているが，これに関連して相対論的自己重力流体の数値解法，特に連星中性子星の初期データ，ブラックホール―自己重力トロイドの平衡解，磁場を伴う回転星の平衡解についてのレビュー論文を Antonio Tsokaros氏（イリノイ大）との共著で出版した。

由于2022年的研究，我们与伊利诺伊大学（美国），马克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute）和华Zhong科学技术大学（中国）的研究人员合作成功地模拟了合并后的夸克之星。对于此仿真，我们提供了使用初始数据计算代码Cocal（紧凑型对象计算器）计算的二进制夸克恒星的初始数据，这是科学研究赠款项目的赠款中开发的数值相对论，包括该研究主题。已经发现，夸克恒星通常比中子星更紧凑，因此引力场增加，并且夸克材料在压力为零的恒星表面具有有限密度，导致数值计算的精度较差。通过添加例程以纠正这些数值误差，我们能够准确计算圆形轨道中二进制夸克恒星的准平衡溶液。接下来，我们扩展了一个相对论旋转恒星的计算代码，其磁场是我们在Cocal上开发的磁场，因此当恒星的外部是无力的磁层时，可以找到它可以提供溶液。使用它，我们成功地找到了具有极强磁场的相对论旋转恒星的平衡解。特别是，在此处获得的模型中，发现所谓的扭曲的圆环状磁场在恒星赤道平面的表面附近的零件上变得极为强大，从而可以消除该部分中的材料。这种效果是世界上第一个表明恒星中有一个隧道状磁层的溶液，该磁层允许可忽略不计的材料密度。 The COCAL code has been developing continuously since around 2007, and in this regard, he co-authored an article on the numerical solutions of relativistic self-gravity fluids, particularly initial data on binary neutron stars, the equilibrium solution of black holes-self-gravity toroids, and the equilibrium solution of rotating stars with magnetic fields, in co-authored by Antonio Tsokaros (University of Illinois).