數值相對論和引力波源建模

《數值相對論和引力波源建模》是依託中國科學院數學與系統科學研究院，由曹周鍵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數值相對論和引力波源建模
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹周鍵
• 依託單位：中國科學院數學與系統科學研究院

項目摘要

數值相對論是研究無對稱性、動態強引力場的有效方法和引力波源建模的有力手段。由於引力波很弱，引力波源模型對引力波信號探測和參數估計都非常重要。引力波源模型也就是波源在不同參數時分別對應的準確引力波形。雙黑洞系統是各大引力波探測項目主要和重要的引力波源。質量比和黑洞自旋是雙黑洞系統非常重要的兩個參數。2005年，數值相對論計算穩定性問題得到突破後，人們通過數值研究，對近等質量、小自旋雙黑洞系統所輻射引力波的波形給出了比較準確的描述。但由於目前的數值計算方法不能很好地模擬較大質量比和大自旋的雙黑洞系統，現在還沒有準確的引力波源模型描述大質量比和大自旋雙黑洞系統。本項目將研究和發展新穎的數值計算方法，模擬較大質量比、大自旋的雙黑洞系統；建立這類雙黑洞系統的引力波源模型，為引力波探測提供理論支持。

結題摘要

發展和建成了數值相對論軟體AMSSNCKU並獲得計算機軟體著作權，幫助建立了雙黑洞併合系統引力波理論模型--有效單體數值相對論模型(EOBNR)。EOBNR模型是目前LIGO數據處理主要依賴的引力波理論模型之一。發展了EOBNR模型描述引力波記憶效應，拓展EOBNR模型到SEOBNRE模型來描述橢圓軌道雙星併合系統。為相關引力波探測提供了理論基礎。發展了數值相對論計算方法，特別是改進BSSN方程形式，發展提出Z4c方程形式，對計算的準確性有大幅度的提升；提出了新穎的類光演化方法；設計了初步的有限元數值相對論算法並大規模科學計算實現，為發展下一代數值相對論軟體積累基礎。