Collaborative Research: Curvilinear and Multipatch Methods for General Relativistic Astrophysics in the Gravitational Wave Era

合作研究:引力波时代广义相对论天体物理学的曲线和多面体方法

基本信息

  • 批准号:
    1707946
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard 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

项目摘要

The recent discovery of gravitational waves by Advanced LIGO ushered in a new kind of astronomy, one potentially integrating its findings with those obtained from electromagnetic and/or neutrino observations. Multi-messenger astronomy promises to revolutionize our understanding of the universe by providing dramatically contrasting views of the same objects. To understand this unprecedented wealth of observational evidence, theoretical calculations are required in order to link data with underlying physics. However, these demand the creation of new computational tools that can handle an increasingly wide range of physical treatments, characteristic scales, and levels of complexity. The main thrust of this project is to develop some of these tools.The principal goals supported by this award are to introduce two new techniques into the repertory of physicists and astrophysicists studying strong-field gravity: multipatch methods and regularized spherical coordinates. The former is an infrastructure to permit efficient computation of heterogeneous systems involving multiple kinds of physics, multiple length scales, and multiple reference frames. The latter is a way to systematically remove from partial differential equations the singularity ordinarily arising at the polar axis. We expect both will be of great value to studies of astrophysical objects in dynamical spacetimes. To make this introduction, we will generalize our multipatch infrastructure to make it freely compatible with many codes, including Athena++, The Einstein Toolkit, and Harm3D; we will introduce regularized spherical coordinates into the numerical relativity and MHD solvers of both the Einstein Toolkit and the widely used relativistic magnetohydrodynamics code Harm3D; and we will demonstrate the results on selected science problems. With Advanced LIGO now fully operational and the detection of additional gravitational wave events imminent, we expect that there will be a surge in the number of researchers interested in performing simulations of compact binary mergers. Our new curvilinear and multipatch frameworks will greatly improve the efficiency and ease with which such simulations may be carried out, thereby improving the accuracy of the predictions made for all the messengers---gravitational waves, photons, and neutrinos---of multi-messenger astronomy.
Advanced LIGO最近对引力波的发现开创了一种新的天文学,可能将其发现与电磁和/或中微子观测结果相结合。多信使天文学通过提供对同一物体的截然不同的看法,有望彻底改变我们对宇宙的理解。为了理解这一前所未有的观测证据,需要进行理论计算,以便将数据与基础物理联系起来。 然而,这些都需要创建新的计算工具,可以处理越来越广泛的物理治疗,特征尺度和复杂程度。该项目的主要目标是开发其中的一些工具,该奖项支持的主要目标是将两种新技术引入物理学家和天体物理学家研究强场引力的储备库:多面体方法和正则化球坐标。 前者是一个基础设施,允许高效计算的异构系统,涉及多种物理,多种长度尺度,和多个参考系。后者是一种从偏微分方程中系统地去除通常在极轴处产生的奇异性的方法。我们期望这两个方面对研究动态时空中的天体物理学对象具有重要价值。 为了进行介绍,我们将推广我们的多面体基础设施,使其与许多代码免费兼容,包括雅典娜++,爱因斯坦工具包和Harm 3D;我们将在爱因斯坦工具包和广泛使用的相对论磁流体动力学代码Harm 3D的数值相对论和MHD求解器中引入正则化球坐标;我们将展示选定科学问题的结果。随着先进的LIGO现在完全投入使用,以及即将探测到更多的引力波事件,我们预计对模拟紧凑的二元合并感兴趣的研究人员数量将会激增。 我们新的曲线和多面体框架将极大地提高效率和方便,这样的模拟可以进行,从而提高预测的准确性,为所有的信使--引力波,光子和中微子--的多信使天文学。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Minidisk Accretion onto Spinning Black Hole Binaries: Quasi-periodicities and Outflows
旋转黑洞双星上的迷你盘吸积:准周期性和流出
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/ac532a
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Combi, Luciano;Lopez Armengol, Federico G.;Campanelli, Manuela;Noble, Scott C.;Avara, Mark;Krolik, Julian H.;Bowen, Dennis
  • 通讯作者:
    Bowen, Dennis
Quasi-periodicity of Supermassive Binary Black Hole Accretion Approaching Merger
超大质量双黑洞吸积接近合并的准周期性
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/ab2453
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bowen, Dennis B.;Mewes, Vassilios;Noble, Scott C.;Avara, Mark;Campanelli, Manuela;Krolik, Julian H.
  • 通讯作者:
    Krolik, Julian H.
Measuring the Hubble Constant with GW190521 as an Eccentric black hole Merger and Its Potential Electromagnetic Counterpart
  • DOI:
    10.3847/2041-8213/abe388
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    V. Gayathri;J. Healy;J. Lange;B. O'Brien;M. Szczepańczyk;I. Bartos;M. Campanelli;S. Klimenko;C. Lousto;R. O’Shaughnessy
  • 通讯作者:
    V. Gayathri;J. Healy;J. Lange;B. O'Brien;M. Szczepańczyk;I. Bartos;M. Campanelli;S. Klimenko;C. Lousto;R. O’Shaughnessy
Circumbinary Disk Accretion into Spinning Black Hole Binaries
  • DOI:
    10.3847/1538-4357/abf0af
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    F. L. Lopez Armengol;L. Combi;M. Campanelli;S. Noble;J. Krolik;Dennis B. Bowen;M. Avara;V. Mewes;H. Nakano
  • 通讯作者:
    F. L. Lopez Armengol;L. Combi;M. Campanelli;S. Noble;J. Krolik;Dennis B. Bowen;M. Avara;V. Mewes;H. Nakano
Comparing an analytical spacetime metric for a merging binary to a fully nonlinear numerical evolution using curvature scalars
将合并双星的分析时空度量与使用曲率标量的完全非线性数值演化进行比较
  • DOI:
    10.1103/physrevd.97.084007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Sadiq, Jam;Zlochower, Yosef;Nakano, Hiroyuki
  • 通讯作者:
    Nakano, Hiroyuki
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  • 作者:
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Manuela Campanelli其他文献

突発的重力波カタログ2(GWTC-2)と重力波物理学
引力波目录 2 (GWTC-2) 和引力波物理学
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hiroyuki Nakano;Brennan Ireland;Manuela Campanelli;Eric J. West;中野寛之
  • 通讯作者:
    中野寛之
Spinning, Precessing, Black Hole Binary Spacetime via Asymptotic Matching
通过渐近匹配的旋转、进动、黑洞二元时空
  • DOI:
    10.1088/0264-9381/33/24/247001
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hiroyuki Nakano;Brennan Ireland;Manuela Campanelli;Eric J. West
  • 通讯作者:
    Eric J. West
Multiband gravitational-wave astronomy: Observing binary inspirals
多波段引力波天文学:观测双星螺旋
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    中野寛之;Brennan Ireland;Ofek Birnholtz;Eric West;Manuela Campanelli;中野 寛之
  • 通讯作者:
    中野 寛之
Inspiralling, nonprecessing, spinning black hole binary spacetimevia asymptotic matching
通过渐近匹配的吸气、非进动、旋转黑洞二元时空
  • DOI:
    10.1103/physrevd.93.104057
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Brennan Ireland;Bruno C. Mundim;Hiroyuki Nakano;Manuela Campanelli
  • 通讯作者:
    Manuela Campanelli
Inspiraling black-hole binary spacetimes: Challenges in transitioning from analytical to numerical techniques
鼓舞人心的黑洞二元时空:从分析技术过渡到数值技术的挑战
  • DOI:
    10.1103/physrevd.93.124072
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yosef Zlochower;Hiroyuki Nakano;Bruno C. Mundim;Manuela Campanelli;Scott Noble;Miguel Zilhao
  • 通讯作者:
    Miguel Zilhao

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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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Collaborative Research: Deploying Curvilinear Coordinate and Multipatch Methods on Neutron Star Mergers
合作研究:在中子星合并中部署曲线坐标和多面体方法
  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 30万
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    2018420
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    $ 30万
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    2009330
  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 30万
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  • 批准号:
    2031744
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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  • 批准号:
    1811228
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
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    Standard Grant
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    2017
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    2016
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    1516125
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    2015
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    $ 30万
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    Standard Grant
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  • 批准号:
    1516150
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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MRI:获取用于广义相对论天体物理学的高级计算集群
  • 批准号:
    1229173
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant

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  • 批准号:
    24ZR1403900
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    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
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  • 批准号:
    31224802
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    专项基金项目
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  • 批准号:
    31024804
  • 批准年份:
    2010
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    专项基金项目
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    30824808
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Research on the Rapid Growth Mechanism of KDP Crystal
  • 批准号:
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    2007
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    2348998
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    2025
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
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  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Using Adaptive Lessons to Enhance Motivation, Cognitive Engagement, And Achievement Through Equitable Classroom Preparation
协作研究:通过公平的课堂准备,利用适应性课程来增强动机、认知参与和成就
  • 批准号:
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  • 财政年份:
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  • 批准号:
    2336409
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
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