Numerical Simulation of Black Hole Binaries with Unequal Masses

Müller, Doreen GND

Diese Arbeit stellt eine Methode zur Erzeugung von Anfangsparametern für Binärsysteme Schwarzer Löcher, die zu quasi–zirkulären Orbits mit sehr kleinen Exzentrizitäten führen, vor. Dieser Algorithmus wurde für Systeme mit gleichen und ungleichen Massen, jedoch ohne Spins getestet, sowie auch für einige Systeme mit gleichen Massen und Spins. Für Massenverhältnisse um Eins wurden erwartungsgemäß geringere Exzentrizitäten bei Verwendung eines taylorentwickelten Hamiltonoperators erzielt, für alle anderen Konfigurationen lieferte der verwendete EOB–Hamiltonoperator kleinere Exzentrizitäten. Des Weiteren wurde untersucht, wie Binärsysteme mit ungleichen Massen in der numerischen Relativitätstheorie stabil evolviert werden können. Seit einiger Zeit schon war bekannt, dass die beliebte “Gamma driver”–Bedingung für den Shiftvektor für bestimmte numerische Gitter in Kombination mit bestimmten Werten des Dämpfungsparameters zu Instabilitäten führt. Dies steht in direktem Zusammenhang mit Instabilitäten, die bei Simulationen mit Massenverhältnissen, die wesentlich von eins abweichen, auftreten. Eine Methode wurde vorgestellt, die durch die Verwendung eines auf dem numerischen Gitter variierenden Dämpfungsparameters das Stabilitätsproblem löst. Mit dieser Methode traten wesentlich kleinere Phasen- und Amplitudenfehler in den extrahierten Gravitationswellen auf, was gerade für die Evolution von Systemen mit hohem Massenverhältnis von großem Vorteil ist, da solche Simulationen naturgemäß einen hohen Verbrauch an numerischen Ressourcen haben. Es wurde außerdem untersucht, wie die Genauigkeit extrahierter Wellen erhöht werden kann, obwohl die numerische Rechenleistung kaum steigt. Dies wurde durch Variationen des numerischen Gitters erreicht. Die gewonnenen hochgenauen Gravitationswellen können für die Kalibrierung von Gravitationswellentemplates benutzt werden. Die Erstellung phänomenologischer Templates, die erstmals auch Spin modellieren, wurde kurz diskutiert.

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Müller, Doreen: Numerical Simulation of Black Hole Binaries with Unequal Masses. 2011.

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