The scheduled launch of the LISA Mission in the next decade has called attention to the gravitational self-force problem. Despite an extensive body of theoretical work, long-time numerical computations of gravitational waves from extreme-mass-ratio-inspirals remain challenging. This work proposes a class of numerical evolution schemes suitable to this problem based on Hermite integration. Their most important feature is time-reversal symmetry and unconditional stability, which enables these methods to preserve symplectic structure, energy, momentum and other Noether charges over long time periods. We apply Noether's theorem to the master fields of black hole perturbation theory on a hyperboloidal slice of Schwarzschild spacetime to show that there exist constants of evolution that numerical simulations must preserve. We demonstrate that time-symmetric integration schemes based on a 2-point Taylor expansion (such as Hermite integration) numerically conserve these quantities, unlike schemes based on a 1-point Taylor expansion (such as Runge-Kutta). This makes time-symmetric schemes ideal for long-time EMRI simulations.


翻译:预定在下一个十年启动的LISA飞行任务要求关注引力自力问题。 尽管大量理论工作,但长期从极端质量-拉皮约-麻热-麻皮旋流中引力波的数值计算仍然具有挑战性。这项工作提出了一系列基于Hermite整合的适合这一问题的数字进化计划。它们最重要的特征是时间-反对称和无条件稳定性,使这些方法能够在很长的时期内保存抽取结构、能源、动力和其他诺埃瑟收费。我们将Noether的理论应用于Schwarzschild空间时段黑洞渗透理论的主导领域,以表明存在数字模拟必须保存的演化常态。我们证明,基于2点泰勒扩张(如Hermite整合)的时间-对称整合计划可以以数字方式保存这些数量,这与基于1点泰勒扩张(如Runge-Kutta)的计划不同。这为长期EMRI模拟提供了时间对时间的模型的理想。

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