bin_ns_bh_glob.C
/*
* Copyright (c) 2005 Philippe Grandclement
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* Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA
*
*/
char bin_ns_bh_glob_C[] = "$Header: /cvsroot/Lorene/C++/Source/Bin_ns_bh/bin_ns_bh_glob.C,v 1.8 2014/10/13 08:52:43 j_novak Exp $" ;
/*
* $Id: bin_ns_bh_glob.C,v 1.8 2014/10/13 08:52:43 j_novak Exp $
* $Log: bin_ns_bh_glob.C,v $
* Revision 1.8 2014/10/13 08:52:43 j_novak
* Lorene classes and functions now belong to the namespace Lorene.
*
* Revision 1.7 2014/10/06 15:13:01 j_novak
* Modified #include directives to use c++ syntax.
*
* Revision 1.6 2007/04/24 20:13:53 f_limousin
* Implementation of Dirichlet and Neumann BC for the lapse
*
* Revision 1.5 2006/06/23 07:09:24 p_grandclement
* Addition of spinning black hole
*
* Revision 1.4 2006/06/01 12:47:52 p_grandclement
* update of the Bin_ns_bh project
*
* Revision 1.3 2005/12/01 12:59:10 p_grandclement
* Files for bin_ns_bh project
*
* Revision 1.2 2005/11/30 11:09:06 p_grandclement
* Changes for the Bin_ns_bh project
*
* Revision 1.1 2005/08/29 15:10:15 p_grandclement
* Addition of things needed :
* 1) For BBH with different masses
* 2) Provisory files for the mixted binaries (Bh and NS) : THIS IS NOT
* WORKING YET !!!
*
*
* $Header: /cvsroot/Lorene/C++/Source/Bin_ns_bh/bin_ns_bh_glob.C,v 1.8 2014/10/13 08:52:43 j_novak Exp $
*
*/
//standard
#include <cstdlib>
#include <cmath>
// Lorene
#include "nbr_spx.h"
#include "tenseur.h"
#include "bhole.h"
#include "bin_ns_bh.h"
#include "proto.h"
#include "utilitaires.h"
#include "graphique.h"
#include "unites.h"
#include "metrique.h"
namespace Lorene {
double Bin_ns_bh::adm_systeme() const {
Cmp der_un (hole.psi_auto().dsdr()) ;
Map_af auxi_mp (star.get_mp()) ;
Cmp der_deux (star.confpsi_auto().dsdr()) ;
double masse = hole.mp.integrale_surface_infini(der_un) +
auxi_mp.integrale_surface_infini(der_deux) ;
masse /= -2*M_PI ;
return masse ;
}
double Bin_ns_bh::adm_systeme_volume() const {
using namespace Unites ;
Tenseur auxi_bh (flat_scalar_prod(hole.tkij_tot, hole.tkij_auto)) ;
Tenseur kk_bh (hole.mp) ;
kk_bh = 0 ;
Tenseur work_bh(hole.mp) ;
work_bh.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++) {
work_bh.set() = auxi_bh(i, i) ;
kk_bh = kk_bh + work_bh ;
}
Cmp integ_bh (pow(hole.psi_tot(), 5.)*kk_bh()) ;
integ_bh.annule(0) ;
integ_bh.std_base_scal() ;
Cmp integ_hor1 (hole.psi_tot()) ;
Cmp tet (hole.mp) ;
tet = hole.mp.tet ;
Cmp phi (hole.mp) ;
phi = hole.mp.phi ;
Tenseur rad (hole.mp, 1, COV, hole.mp.get_bvect_cart()) ;
rad.set_etat_qcq() ;
rad.set(0) = cos(phi)*sin(tet) ;
rad.set(1) = sin(phi)*sin(tet) ;
rad.set(2) = cos(tet) ;
Cmp integ_hor2 (hole.mp) ;
integ_hor2.annule_hard() ;
integ_hor2.set_dzpuis(2) ;
for (int m=0 ; m<3 ; m++)
for (int n=0 ; n<3 ; n++)
integ_hor2 += rad(m)*rad(n)*hole.tkij_tot(m,n) ;
integ_hor2 *= pow(hole.psi_tot(),3.)/4. ;
integ_hor2.std_base_scal() ;
Tenseur auxi_ns (flat_scalar_prod(star.tkij_tot, star.tkij_auto)) ;
Tenseur kk_ns (star.mp) ;
kk_ns = 0 ;
Tenseur work_ns(star.mp) ;
work_ns.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++) {
work_ns.set() = auxi_ns(i, i) ;
kk_ns = kk_ns + work_ns ;
}
Cmp integ_ns (pow(star.confpsi_comp() + star.confpsi_auto(), 5.)*kk_ns()) ;
integ_ns.std_base_scal() ;
Cmp integ_matter (pow(star.confpsi_comp()+star.confpsi_auto(), 5.)*star.ener_euler()) ;
integ_matter.std_base_scal() ;
double masse = (integ_bh.integrale()+integ_ns.integrale())/16/M_PI +
hole.mp.integrale_surface(integ_hor1, hole.rayon)/hole.rayon/4/M_PI +
hole.mp.integrale_surface(integ_hor2, hole.rayon)/2/M_PI
+ integ_matter.integrale()*ggrav ;
return masse ;
}
double Bin_ns_bh::komar_systeme() const {
Cmp der_un (hole.n_auto().dsdr()) ;
Map_af auxi_mp (star.get_mp()) ;
Cmp der_deux (star.n_auto().dsdr()) ;
double masse = hole.mp.integrale_surface_infini(der_un) +
auxi_mp.integrale_surface_infini(der_deux) ;
masse /= 4*M_PI ;
return masse ;
}
double Bin_ns_bh::viriel() const {
double adm = adm_systeme() ;
double komar = komar_systeme() ;
return (adm-komar)/adm ;
}
double Bin_ns_bh::moment_systeme_inf() const {
if (omega == 0)
return 0 ;
else {
// On construit une grille et un mapping auxiliaire :
int nzones = hole.mp.get_mg()->get_nzone() ;
double* bornes = new double [nzones+1] ;
double courant = fabs(hole.mp.get_ori_x()-star.mp.get_ori_x())+1 ;
for (int i=nzones-1 ; i>0 ; i--) {
bornes[i] = courant ;
courant /= 2. ;
}
bornes[0] = 0 ;
bornes[nzones] = __infinity ;
Map_af mapping (*hole.mp.get_mg(), bornes) ;
delete [] bornes ;
// On construit k_total dessus :
Tenseur_sym k_total (mapping, 2, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
k_total.set_etat_qcq() ;
Tenseur shift_un (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_un.set_etat_qcq() ;
Tenseur shift_deux (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_deux.set_etat_qcq() ;
shift_un.set_triad (*hole.shift_auto.get_triad()) ;
shift_un.set(0).import(hole.shift_auto(0)) ;
shift_un.set(1).import(hole.shift_auto(1)) ;
shift_un.set(2).import(hole.shift_auto(2)) ;
shift_un.change_triad (mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_deux.set_triad (*star.shift_auto.get_triad()) ;
shift_deux.set(0).import(star.shift_auto(0)) ;
shift_deux.set(1).import(star.shift_auto(1)) ;
shift_deux.set(2).import(star.shift_auto(2)) ;
shift_deux.change_triad(mapping.get_bvect_cart()) ;
Tenseur shift_tot (shift_un+shift_deux) ;
shift_tot.set_std_base() ;
shift_tot.annule(0, nzones-2) ;
// On enleve les residus
shift_tot.inc2_dzpuis() ;
shift_tot.dec2_dzpuis() ;
Tenseur grad (shift_tot.gradient()) ;
Tenseur trace (grad(0, 0)+grad(1, 1)+grad(2, 2)) ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++) {
k_total.set(i, i) = grad(i, i)-trace()/3. ;
for (int j=i+1 ; j<3 ; j++)
k_total.set(i, j) = (grad(i, j)+grad(j, i))/2. ;
}
for (int lig=0 ; lig<3 ; lig++)
for (int col=lig ; col<3 ; col++)
k_total.set(lig, col).mult_r_zec() ;
Tenseur vecteur_un (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
vecteur_un.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++)
vecteur_un.set(i) = k_total(0, i) ;
vecteur_un.change_triad (mapping.get_bvect_spher()) ;
Cmp integrant_un (vecteur_un(0)) ;
Tenseur vecteur_deux (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
vecteur_deux.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++)
vecteur_deux.set(i) = k_total(1, i) ;
vecteur_deux.change_triad (mapping.get_bvect_spher()) ;
Cmp integrant_deux (vecteur_deux(0)) ;
// On multiplie par y et x :
integrant_un.va = integrant_un.va.mult_st() ;
integrant_un.va = integrant_un.va.mult_sp() ;
integrant_deux.va = integrant_deux.va.mult_st() ;
integrant_deux.va = integrant_deux.va.mult_cp() ;
double moment = mapping.integrale_surface_infini (-integrant_un+integrant_deux) ;
moment /= 8*M_PI ;
return moment ;
}
}
double Bin_ns_bh::moment_systeme_hor() const {
using namespace Unites ;
if (omega == 0)
return 0 ;
else {
//Contribution du trou noir :
Cmp xa_bh (hole.mp) ;
xa_bh = hole.mp.xa ;
xa_bh.std_base_scal() ;
Cmp ya_bh (hole.mp) ;
ya_bh = hole.mp.ya ;
ya_bh.std_base_scal() ;
Tenseur vecteur_bh (hole.mp, 1, CON, hole.mp.get_bvect_cart()) ;
vecteur_bh.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++)
vecteur_bh.set(i) = (-ya_bh*hole.tkij_tot(0, i)+
xa_bh * hole.tkij_tot(1, i)) ;
vecteur_bh.set_std_base() ;
vecteur_bh.annule(hole.mp.get_mg()->get_nzone()-1) ;
vecteur_bh.change_triad (hole.mp.get_bvect_spher()) ;
Cmp integrant_bh (pow(hole.psi_tot(), 6)*vecteur_bh(0)) ;
integrant_bh.std_base_scal() ;
double moment_bh = hole.mp.integrale_surface
(integrant_bh, hole.rayon)/8/M_PI ;
// Contribution de l'étoile :
Cmp xa_ns (star.mp) ;
xa_ns = star.mp.xa ;
xa_ns.std_base_scal() ;
Cmp ya_ns (star.mp) ;
ya_ns = star.mp.ya ;
ya_ns.std_base_scal() ;
Cmp integrant_ns (pow(star.confpsi_auto()+star.confpsi_comp(), 10)*(star.ener_euler()+star.press())*
(xa_ns*star.u_euler(1) - ya_ns*star.u_euler(0))) ;
integrant_ns.std_base_scal() ;
double moment_ns = integrant_ns.integrale() * ggrav ;
return moment_ns + moment_bh ;
}
}
Tbl Bin_ns_bh::linear_momentum_systeme_inf() const {
Tbl res (3) ;
res.set_etat_qcq() ;
// On construit une grille et un mapping auxiliaire :
int nzones = hole.mp.get_mg()->get_nzone() ;
double* bornes = new double [nzones+1] ;
double courant = fabs(hole.mp.get_ori_x()-star.mp.get_ori_x())+1 ;
for (int i=nzones-1 ; i>0 ; i--) {
bornes[i] = courant ;
courant /= 2. ;
}
bornes[0] = 0 ;
bornes[nzones] = __infinity ;
Map_af mapping (*hole.mp.get_mg(), bornes) ;
delete [] bornes ;
// On construit k_total dessus :
Tenseur_sym k_total (mapping, 2, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
k_total.set_etat_qcq() ;
Tenseur shift_un (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_un.set_etat_qcq() ;
Tenseur shift_deux (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_deux.set_etat_qcq() ;
shift_un.set_triad (*hole.shift_auto.get_triad()) ;
shift_un.set(0).import(hole.shift_auto(0)) ;
shift_un.set(1).import(hole.shift_auto(1)) ;
shift_un.set(2).import(hole.shift_auto(2)) ;
shift_un.change_triad (mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_deux.set_triad (*star.shift_auto.get_triad()) ;
shift_deux.set(0).import(star.shift_auto(0)) ;
shift_deux.set(1).import(star.shift_auto(1)) ;
shift_deux.set(2).import(star.shift_auto(2)) ;
shift_deux.change_triad(mapping.get_bvect_cart()) ;
shift_un.set_std_base() ;
shift_deux.set_std_base() ;
Tenseur shift_tot (shift_un+shift_deux) ;
shift_tot.set_std_base() ;
shift_tot.annule(0, nzones-2) ;
Cmp compy (shift_tot(1)) ;
compy.mult_r_zec() ;
int nr = mapping.get_mg()->get_nr(nzones-1) ;
int nt = mapping.get_mg()->get_nt(nzones-1) ;
int np = mapping.get_mg()->get_np(nzones-1) ;
Tbl val_inf (nt*np) ;
val_inf.set_etat_qcq() ;
for (int k=0 ; k<np ; k++)
for (int j=0 ; j<nt ; j++)
val_inf.set(k*nt + j) = fabs(compy (nzones-1, k, j, nr-1)) ;
Tenseur grad (shift_tot.gradient()) ;
Tenseur trace (grad(0, 0)+grad(1, 1)+grad(2, 2)) ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++) {
k_total.set(i, i) = grad(i, i)-trace()/3. ;
for (int j=i+1 ; j<3 ; j++)
k_total.set(i, j) = (grad(i, j)+grad(j, i))/2. ;
}
for (int comp=0 ; comp<3 ; comp++) {
Tenseur vecteur (mapping, 1, CON, mapping.get_bvect_cart()) ;
vecteur.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i<3 ; i++)
vecteur.set(i) = k_total(i, comp) ;
vecteur.change_triad (mapping.get_bvect_spher()) ;
Cmp integrant (vecteur(0)) ;
res.set(comp) = mapping.integrale_surface_infini (integrant)/8/M_PI ;
}
return res ;
}
double Bin_ns_bh::distance_propre_axe_bh (const int nr) const {
double x_bh = hole.mp.get_ori_x() + hole.rayon ;
// Les coefficients du changement de variable :
double pente = -2./x_bh ;
double constante = - 1. ;
double ksi ; // variable d'integration.
double xabs ; // x reel.
double air_un, theta_un, phi_un ; // coordonnee spheriques 1
double air_deux, theta_deux, phi_deux ; // coordonnee spheriques 2
double* coloc = new double[nr] ;
double* coef = new double[nr] ;
int* deg = new int[3] ;
deg[0] = 1 ; deg[1] = 1 ; deg[2] = nr ;
for (int i=0 ; i<nr ; i++) {
ksi = -cos (M_PI*i/(nr-1)) ;
xabs = (ksi+constante)/pente ;
hole.mp.convert_absolute (xabs, 0, 0, air_un, theta_un, phi_un) ;
star.mp.convert_absolute (xabs, 0, 0, air_deux, theta_deux, phi_deux) ;
coloc[i] = pow (hole.psi_auto().val_point (air_un, theta_un, phi_un) +
star.confpsi_auto().val_point (air_deux, theta_deux, phi_deux), 2.) ;
}
// On prend les coefficients de la fonction
cfrcheb(deg, deg, coloc, deg, coef) ;
// On integre
double* som = new double[nr] ;
som[0] = 2 ;
for (int i=2 ; i<nr ; i+=2)
som[i] = 1./(i+1)-1./(i-1) ;
for (int i=1 ; i<nr ; i+=2)
som[i] = 0 ;
double res = 0 ;
for (int i=0 ; i<nr ; i++)
res += som[i]*coef[i] ;
res /= pente ;
delete [] deg ;
delete [] coef ;
delete [] coloc ;
delete [] som ;
return res ;
}
double Bin_ns_bh::distance_propre_axe_ns (const int nr) const {
double x_ns = star.mp.get_ori_x() - star.mp.val_r (star.nzet, -1, M_PI/2, M_PI) ;
// Les coefficients du changement de variable :
double pente = 2./x_ns ;
double constante = - 1. ;
double ksi ; // variable d'integration.
double xabs ; // x reel.
double air_un, theta_un, phi_un ; // coordonnee spheriques 1
double air_deux, theta_deux, phi_deux ; // coordonnee spheriques 2
double* coloc = new double[nr] ;
double* coef = new double[nr] ;
int* deg = new int[3] ;
deg[0] = 1 ; deg[1] = 1 ; deg[2] = nr ;
for (int i=0 ; i<nr ; i++) {
ksi = -cos (M_PI*i/(nr-1)) ;
xabs = (ksi-constante)/pente ;
hole.mp.convert_absolute (xabs, 0, 0, air_un, theta_un, phi_un) ;
star.mp.convert_absolute (xabs, 0, 0, air_deux, theta_deux, phi_deux) ;
coloc[i] = pow (hole.psi_auto().val_point (air_un, theta_un, phi_un) +
star.confpsi_auto().val_point (air_deux, theta_deux, phi_deux), 2.) ;
}
// On prend les coefficients de la fonction
cfrcheb(deg, deg, coloc, deg, coef) ;
// On integre
double* som = new double[nr] ;
som[0] = 2 ;
for (int i=2 ; i<nr ; i+=2)
som[i] = 1./(i+1)-1./(i-1) ;
for (int i=1 ; i<nr ; i+=2)
som[i] = 0 ;
double res = 0 ;
for (int i=0 ; i<nr ; i++)
res += som[i]*coef[i] ;
res /= pente ;
delete [] deg ;
delete [] coef ;
delete [] coloc ;
delete [] som ;
return res ;
}
double Bin_ns_bh::smarr() const {
using namespace Unites ;
// The tests
Tenseur psiq_t (pow(star.get_confpsi()(), 4.)) ;
psiq_t.set_std_base() ;
Tenseur_sym furmet (star.mp, 2, CON, star.mp.get_bvect_cart()) ;
furmet.set_etat_qcq() ;
for (int i=0 ; i< 3 ; i++) {
furmet.set(i,i) = 1/psiq_t() ;
for(int j=i+1 ; j<3 ; j++)
furmet.set(i,j) = 0 ;
}
Metrique met (furmet, false) ;
Tenseur_sym kij (star.get_tkij_tot()/psiq_t) ;
kij.change_triad(star.mp.get_bvect_cart()) ;
kij.dec2_dzpuis() ;
Tenseur_sym kij_cov (manipule (kij, met)) ;
Tenseur shift (star.get_shift()) ;
shift.change_triad(star.mp.get_bvect_cart()) ;
Tenseur aime (star.mp, 1, CON, star.mp.get_bvect_cart()) ;
aime.set_etat_qcq() ;
aime.set(0) = -omega*star.mp.ya ;
aime.set(1) = omega*star.mp.xa ;
aime.set(2) = 0 ;
aime.annule(star.mp.get_mg()->get_nzone()-1) ;
aime.set_std_base() ;
shift = shift - aime ;
// La matičre :
Tenseur u_euler (star.get_u_euler()) ;
u_euler.change_triad(star.mp.get_bvect_cart()) ;
Tenseur u_i_bas (manipule(u_euler, met)) ;
Tenseur mat (qpig*(star.get_nnn()*(star.get_ener_euler() + star.get_s_euler()) - 2*(star.get_ener_euler()+star.get_press())*contract(u_i_bas, 0, shift, 0))) ;
// La partie avec la matičre :
Cmp psiq (pow(star.get_confpsi()(), 4.)) ;
Cmp integ_matter (star.get_nnn()()*(star.get_ener_euler()() + star.get_s_euler()())
- 2*(star.get_ener_euler()()+star.get_press()())*psiq*flat_scalar_prod(u_euler, shift)()) ;
integ_matter = integ_matter * pow(star.get_confpsi()(),6.) ;
integ_matter.std_base_scal() ;
integ_matter.annule(star.get_nzet(), star.get_mp().get_mg()->get_nzone()-1) ;
double matter_term = integ_matter.integrale()*qpig/4/M_PI ;
// Integrale sur horizon :
Cmp tet (hole.mp) ;
tet = hole.mp.tet ;
Cmp phi (hole.mp) ;
phi = hole.mp.phi ;
Tenseur rad (hole.mp, 1, COV, hole.mp.get_bvect_cart()) ;
rad.set_etat_qcq() ;
rad.set(0) = cos(phi)*sin(tet) ;
rad.set(1) = sin(phi)*sin(tet) ;
rad.set(2) = cos(tet) ;
Cmp temp (hole.mp) ;
temp.annule_hard() ;
temp.set_dzpuis(2) ;
for (int m=0 ; m<3 ; m++)
for (int n=0 ; n<3 ; n++)
temp += rad(m)*rad(n)*hole.tkij_tot(m,n) ;
temp *= pow(hole.psi_tot(),2.) ;
temp.std_base_scal() ;
Cmp integ_hor ((hole.get_n_tot()().dsdr()-hole.get_n_tot()()*temp)
*pow(hole.get_psi_tot()(), 2)) ;
integ_hor.std_base_scal() ;
integ_hor.raccord(1) ;
double hor_term = hole.mp.integrale_surface(integ_hor, hole.get_rayon()) ;
hor_term /= 4*M_PI ;
double m_test = hor_term + matter_term + 2*omega*moment_systeme_inf() +
2*(hole.omega_local-omega)*hole.local_momentum() ;
return m_test ;
}
}
Lorene::Bin_ns_bh::star
Et_bin_nsbh star
The neutron star.
Definition bin_ns_bh.h:128
Lorene::Bin_ns_bh::hole
Bhole hole
The black hole.
Definition bin_ns_bh.h:131
Lorene::Bin_ns_bh::omega
double omega
Angular velocity with respect to an asymptotically inertial observer.
Definition bin_ns_bh.h:136
Lorene::Cmp::std_base_scal
void std_base_scal()
Sets the spectral bases of the Valeur va to the standard ones for a scalar.
Definition cmp.C:644
Lorene::Tbl
Basic array class.
Definition tbl.h:161
Lorene::sin
Cmp sin(const Cmp &)
Sine.
Definition cmp_math.C:69
Lorene::pow
Cmp pow(const Cmp &, int)
Power .
Definition cmp_math.C:348
Lorene::cos
Cmp cos(const Cmp &)
Cosine.
Definition cmp_math.C:94
Lorene::flat_scalar_prod
Tenseur flat_scalar_prod(const Tenseur &t1, const Tenseur &t2)
Scalar product of two Tenseur when the metric is : performs the contraction of the last index of t1 w...
Definition tenseur_operateur.C:653
Lorene::contract
Tenseur contract(const Tenseur &, int id1, int id2)
Self contraction of two indices of a Tenseur .
Definition tenseur_operateur.C:279
Lorene::manipule
Tenseur manipule(const Tenseur &, const Metrique &, int idx)
Raise or lower the index idx depending on its type, using the given Metrique .
Definition tenseur_operateur.C:509
Lorene
Lorene prototypes.
Definition app_hor.h:64
Lorene::phi
Coord phi
coordinate centered on the grid
Definition map.h:720
Lorene::tet
Coord tet
coordinate centered on the grid
Definition map.h:719