Theoretical issues in Numerical Relativity simulations

Abstract

In this thesis we address several analytical and numerical problems related with the general relativistic study of black hole space-times and boson stars. <br/>We have developed a new centered finite volume method based on the flux splitting approach. The techniques for dealing with the singularity, steep gradients and apparent horizon location, are studied in the context of a single Schwarzschild black hole, in both spherically symmetric and full 3D simulations. We present an extended study of gauge instabilities related with a class of singularity avoiding slicing conditions and show that, contrary to previous claims, these instabilities are not generic for evolved gauge conditions. We developed an alternative to the current space coordinate conditions, based on a generalized Almost Killing Equation. We performed a general relativistic study regarding the long term stability of Mixed-State Boson Stars configurations and showed that they are suitable candidates for dark matter models.

En esta tesis abordamos varios problemas analíticos y numéricos relacionados con el estudio de agujeros negros relativistas y modelos de materia oscura. <br/>Hemos desarrollado un nuevo método de volúmenes finitos centrados basado en el enfoque de la división de flujo. Discutimos las técnicas para tratar con la singularidad, los gradientes abruptos y la localización del horizonte aparente en el contexto de un solo agujero negro de Schwarzschild, en simulaciones tanto con simetría esférica como completamente tridimensionales. Hemos extendido el estudio de una familia de condiciones de foliaciones evitadoras de singularidad y mostrado que ciertas inestabilidades no son genéricas para condiciones de gauge dinámicas. Desarrollamos una alternativa a las prescripciones actuales basada en una Almost Killing Equation generalizada. Hemos realizado también un estudio con respecto a la estabilidad a largo plazo de configuraciones de Mixed-State Boson Stars, el cual sugiere que estas podrían ser candidatas apropiadas para modelos de materia oscura.