Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Quantifying uncertainties in general relativistic magnetohydrodynamic codes

Published 24 Oct 2022 in gr-qc, astro-ph.HE, astro-ph.SR, and hep-ph | (2210.13481v2)

Abstract: In this paper, we show that similar open-source codes for general relativistic magnetohydrodynamic (GRMHD) produce different results for key features of binary neutron star mergers. First, we present a new open-source version of the publicly available IllinoisGRMHD code that provides support for realistic, finite temperature equations of state. After stringent tests of our upgraded code, we perform a code comparison between GRHydro, IllinoisGRMHD, Spritz, and WhiskyTHC, which implement the same physics, but slightly different computational methods. The benefit of the comparison is that all codes are embedded in the EinsteinToolkit suite, hence their only difference is algorithmic. We find similar convergence properties, fluid dynamics, and gravitational waves, but different merger times, remnant lifetimes, and gravitational wave phases. Such differences must be resolved before the post-merger dynamics modeled with such simulations can be reliably used to infer the properties of nuclear matter especially in the era of precision gravitational wave astronomy.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (51)
  1. B. P. Abbott et al. (Virgo, LIGO Scientific), Phys. Rev. Lett. 119, 161101 (2017), arXiv:1710.05832 [gr-qc] .
  2. G. Raaijmakers et al.,   (2021), arXiv:2102.11569 [astro-ph.HE] .
  3. R. Ciolfi and J. V. Kalinani, Astrophys. J. Lett. 900, L35 (2020), arXiv:2004.11298 [astro-ph.HE] .
  4. R. Ciolfi, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 495, L66 (2020a), arXiv:2001.10241 [astro-ph.HE] .
  5. V. Paschalidis, Class. Quant. Grav. 34, 084002 (2017), arXiv:1611.01519 [astro-ph.HE] .
  6. L. Baiotti and L. Rezzolla, Reports on Progress in Physics 80, 096901 (2017), arXiv:1607.03540 [gr-qc] .
  7. M. D. Duez and Y. Zlochower, Reports on Progress in Physics 82, 016902 (2019), arXiv:1808.06011 [gr-qc] .
  8. S. Bernuzzi, Gen. Rel. Grav. 52, 108 (2020), arXiv:2004.06419 [astro-ph.HE] .
  9. R. Ciolfi, Gen. Rel. Grav. 52, 59 (2020b), arXiv:2003.07572 [astro-ph.HE] .
  10. J. Barnes and D. Kasen, Astrophys. J. 775, 18 (2013), arXiv:1303.5787 [astro-ph.HE] .
  11. C. Raithel, V. Paschalidis,  and F. Ozel, “Realistic finite-temperature effects in neutron star merger simulations,”  (2021b), arXiv:2104.07226 [astro-ph.HE] .
  12. R. D. Blandford and R. L. Znajek, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 179, 433 (1977).
  13. M. H. P. M. Van Putten, Science 284, 115 (1999).
  14. S. Bernuzzi et al., Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 497, 1488 (2020), arXiv:2003.06015 [astro-ph.HE] .
  15. M. Pürrer and C.-J. Haster, Phys. Rev. Res. 2, 023151 (2020), arXiv:1912.10055 [gr-qc] .
  16. L. R. Werneck et al.,   (2022), arXiv:2208.14487 [gr-qc] .
  17. B. Giacomazzo, F. Cipolletta, J. Kalinani, R. Ciolfi, L. Sala, B. Giudici,  and E. Giangrandi, “The Spritz Code,”  (2020).
  18. D. Radice and L. Rezzolla, Astronomy and Astrophysics 547, A26 (2012).
  19. Z. Etienne, S. R. Brandt, P. Diener, W. E. Gabella, M. Gracia-Linares, R. Haas, A. Kedia, M. Alcubierre, D. Alic, G. Allen, M. Ansorg, M. Babiuc-Hamilton, L. Baiotti, W. Benger, E. Bentivegna, S. Bernuzzi, T. Bode, G. Bozzola, B. Brendal, B. Bruegmann, M. Campanelli, F. Cipolletta, G. Corvino, S. Cupp, R. D. Pietri, H. Dimmelmeier, R. Dooley, N. Dorband, M. Elley, Y. E. Khamra, J. Faber, T. Font, J. Frieben, B. Giacomazzo, T. Goodale, C. Gundlach, I. Hawke, S. Hawley, I. Hinder, E. A. Huerta, S. Husa, S. Iyer, D. Johnson, T. Kellermann, A. Knapp, M. Koppitz, P. Laguna, G. Lanferman, F. Loffler, J. Masso, L. Menger, A. Merzky, J. M. Miller, M. Miller, P. Moesta, P. Montero, B. Mundim, A. Nerozzi, S. C. Noble, C. Ott, R. Paruchuri, D. Pollney, D. Radice, T. Radke, C. Reisswig, L. Rezzolla, D. Rideout, M. Ripeanu, L. Sala, J. A. Schewtschenko, E. Schnetter, B. Schutz, E. Seidel, E. Seidel, J. Shalf, K. Sible, U. Sperhake, N. Stergioulas, W.-M. Suen, B. Szilagyi, R. Takahashi, M. Thomas, J. Thornburg, M. Tobias, A. Tonita, P. Walker, M.-B. Wan, B. Wardell, L. Werneck, H. Witek, M. Zilhao, B. Zink,  and Y. Zlochower, “The einstein toolkit,”  (2021), to find out more, visit http://einsteintoolkit.org.
  20. G. Bozzola, Journal of Open Source Software 6, 3099 (2021).
  21. M. Shibata and T. Nakamura, Phys. Rev. D52, 5428 (1995).
  22. T. W. Baumgarte and S. L. Shapiro, Phys. Rev. D59, 024007 (1999), arXiv:gr-qc/9810065 [gr-qc] .
  23. M. Alcubierre, Introduction to 3+1 Numerical Relativity (Oxford University Press, UK, 2008).
  24. C. Bona and C. Palenzuela-Luque, Elements of Numerical Relativity, Vol. 673 (2005).
  25. T. W. Baumgarte and S. L. Shapiro, Numerical Relativity: Solving Einstein’s Equations on the Computer (Cambridge University Press, 2010).
  26. M. Shibata, Numerical Relativity (World Scientific Publishing Co, 2016).
  27. J. A. Font, Living Rev. Rel. 11, 7 (2008).
  28. L. Rezzolla and O. Zanotti, Relativistic Hydrodynamics (2013).
  29. E. R. Most and C. A. Raithel, Phys. Rev. D 104, 124012 (2021), arXiv:2107.06804 [astro-ph.HE] .
  30. C. A. Raithel and V. Paschalidis, Phys. Rev. D 106, 023015 (2022), arXiv:2204.00698 [gr-qc] .
  31. P. Colella and P. R. Woodward, J. Comput. Phys. 54, 174 (1984).
  32. E. O’Connor and C. D. Ott, Class. Quant. Grav. 27, 114103 (2010), arXiv:0912.2393 [astro-ph.HE] .
  33. J. M. Lattimer and D. F. Swesty, Nucl. Phys. A 535, 331 (1991).
  34. W. I. Newman and N. D. Hamlin, SIAM Journal on Scientific Computing 36, B661 (2014), https://doi.org/10.1137/140956749 .
  35. B. Einfeldt, SIAM Journal on Numerical Analysis 25, 294 (1988), https://doi.org/10.1137/0725021 .
  36. E. Newman and R. Penrose, J. Math. Phys. 3, 566 (1962).
  37. R. Penrose, Phys. Rev. Lett. 10, 66 (1963).
  38. E. Gourgoulhon, P. Grandclement, J.-A. Marck, J. Novak,  and K. Taniguchi, “LORENE: Spectral methods differential equations solver,”  (2016), ascl:1608.018 .
  39. N. Stergioulas and J. L. Friedman, Astrophys. J. 444, 306 (1995), arXiv:astro-ph/9411032 .
  40. C. Breu and L. Rezzolla, Mon. Not. R. Astron. Soc. 459, 646 (2016), arXiv:1601.06083 [gr-qc] .
  41. P. L. Espino and V. Paschalidis, Phys. Rev. D 99, 083017 (2019), arXiv:1901.05479 [astro-ph.HE] .
  42. S. L. Shapiro, The Astrophysical Journal 544, 397 (2000).
  43. B. Margalit and B. D. Metzger, Astrophys. J. Lett. 850, L19 (2017), arXiv:1710.05938 [astro-ph.HE] .
  44. B. D. Metzger and R. Fernandez, Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 441, 3444 (2014), arXiv:1402.4803 [astro-ph.HE] .
  45. M. Lucca and L. Sagunski, JHEAp 27, 33 (2020), arXiv:1909.08631 [astro-ph.HE] .
  46. M. Shibata and K. Kiuchi, Phys. Rev. D 95, 123003 (2017).
  47. D. Radice, Astrophys. J. Lett. 838, L2 (2017), arXiv:1703.02046 [astro-ph.HE] .
  48. V. Paschalidis, Classical Quant. Grav. 34, 084002 (2017), arXiv:1611.01519 [astro-ph.HE] .
  49. V. Paschalidis and N. Stergioulas, Living Reviews in Relativity 20, 7 (2017), arXiv:1612.03050 [astro-ph.HE] .
  50. J. Lippuner and L. F. Roberts, The Astrophysical Journal Supplement Series 233, 18 (2017).
  51. A. Collette, Python and HDF5 (O’Reilly, 2013).
Citations (3)
View on Semantic Scholar

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up