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。

作为2022年的研究成果，我们与伊利诺伊大学（美国）、马克斯·普朗克研究所（德国）和华中科技大学（中国）的研究人员合作，成功模拟了双夸克星的合并。对于此模拟，我们提供了使用数值相对论初始数据计算代码 COCAL（紧凑对象 CALculator）计算的双夸克星的初始数据，该代码是在包括本研究项目在内的科学研究资助项目下开发的。一般来说，夸克星比中子星更致密，因此它们的引力场更强，而且夸克物质在恒星表面的密度有限，那里的压力为零，所以数值计算的精度会变差。。通过添加一个例程来纠正这些数值误差，他们能够准确计算圆形轨道上双夸克星的准平衡解。接下来，我们扩展了在 COCAL 上开发的带有磁场的相对论旋转恒星的计算代码，以便能够在恒星外部是无力磁层时找到解决方案。利用这一点，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，在这里开发的模型中，所谓的扭曲环面形状的磁场在恒星赤道表面附近变得极其强大，并且发现可以排除该区域的物质。由于这种效应，我们能够在世界上首次证明存在一种解决方案，其中恒星内部具有隧道状的磁层，其中物质的密度可以忽略不计。 COCAL代码自2007年左右以来一直在不断发展，与此相关的是，我们一直在开发相对论自引力流体的数值解，特别是双中子星的初始数据，黑洞和自引力环形体的平衡解，A与 Antonio Tsokaros（伊利诺伊大学）合作发表了关于磁场旋转恒星平衡解的评论论文。