Line data Source code
1 0 : // Distributed under the MIT License.
2 : // See LICENSE.txt for details.
3 :
4 : #pragma once
5 :
6 : #include <cstddef>
7 :
8 : #include "DataStructures/Tensor/Tensor.hpp"
9 : #include "Elliptic/Systems/ScalarGaussBonnet/Tags.hpp"
10 : #include "Elliptic/Systems/Xcts/Tags.hpp"
11 : #include "PointwiseFunctions/GeneralRelativity/Tags.hpp"
12 : #include "Utilities/Gsl.hpp"
13 : #include "Utilities/MakeWithValue.hpp"
14 : #include "Utilities/TMPL.hpp"
15 :
16 : /// \cond
17 : class DataVector;
18 : namespace PUP {
19 : class er;
20 : } // namespace PUP
21 : namespace sgb {
22 : struct Fluxes;
23 : struct Sources;
24 : } // namespace sgb
25 : /// \endcond
26 :
27 : namespace sgb {
28 :
29 : /*!
30 : * \brief Compute the fluxes $F^i=\left(\psi^{-4} \tilde{\gamma}^{ij}
31 : * -\alpha^{2} \beta^i \beta^j \right) \partial_j \Psi(x)$ for the scalar
32 : * equation in sGB gravity on a conformal metric $\tilde{\gamma}_{ij}$.
33 : */
34 1 : void curved_fluxes(gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3>*> flux_for_field,
35 : const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_conformal_metric,
36 : const tnsr::I<DataVector, 3>& shift,
37 : const Scalar<DataVector>& lapse,
38 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
39 : const tnsr::i<DataVector, 3>& field_gradient);
40 :
41 : /*!
42 : * \brief Compute the fluxes $F^i=\left(\psi^{-4} \tilde{\gamma}^{ij}
43 : * -\alpha^{2} \beta^i \beta^j \right) \partial_j \Psi(x)$ for the scalar
44 : * equation in sGB gravity on a conformal metric $\tilde{\gamma}_{ij}$ on a face
45 : * normal.
46 : */
47 1 : void face_fluxes(gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3>*> flux_for_field,
48 : const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_conformal_metric,
49 : const tnsr::I<DataVector, 3>& shift,
50 : const Scalar<DataVector>& lapse,
51 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
52 : const tnsr::i<DataVector, 3>& face_normal,
53 : const Scalar<DataVector>& field);
54 :
55 : /*!
56 : * \brief Adds the source terms arising from the $\Box \Psi$ term in the
57 : * equation of motion for the scalar field: $S=-\tilde{\Gamma}^i_{ij}F^j-F^j
58 : * \alpha^{-1} \partial_j \alpha - 6F^j \psi^{-1} \partial_j \psi$.*/
59 1 : void add_curved_sources(gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> source_for_field,
60 : const tnsr::i<DataVector, 3>& christoffel_contracted,
61 : const tnsr::I<DataVector, 3>& flux_for_field,
62 : const tnsr::i<DataVector, 3>& deriv_lapse,
63 : const Scalar<DataVector>& lapse,
64 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
65 : const tnsr::i<DataVector, 3>& conformal_factor_deriv);
66 :
67 : /*!
68 : * \brief Add the sGB coupling term $\mathcal{R} f'(\Psi)=2(E-B)(\epsilon_2 \Psi
69 : * + \epsilon_4 \Psi^3)$.
70 : */
71 1 : void add_GB_terms(gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> scalar_tensor_equation,
72 : double eps2, double eps4,
73 : const Scalar<DataVector>& weyl_electric,
74 : const Scalar<DataVector>& weyl_magnetic,
75 : const Scalar<DataVector>& field);
76 :
77 : /*!
78 : * \brief Add sources arising from linearising the sGB coupling term.
79 : */
80 1 : void add_linearized_GB_terms(
81 : gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> linearized_scalar_tensor_equation,
82 : double eps2, double eps4, const Scalar<DataVector>& weyl_electric,
83 : const Scalar<DataVector>& weyl_magnetic, const Scalar<DataVector>& field,
84 : const Scalar<DataVector>& field_correction);
85 :
86 : /*!
87 : * \brief Compute the fluxes \f$F^i\f$ for the scalar equation in sGB gravity on
88 : * a spatial metric \f$\gamma_{ij}\f$.
89 : */
90 1 : struct Fluxes {
91 0 : using argument_tags = tmpl::list<
92 : Xcts::Tags::InverseConformalMetric<DataVector, 3, Frame::Inertial>,
93 : sgb::Tags::RolledOffShift, gr::Tags::Lapse<DataVector>,
94 : Xcts::Tags::ConformalFactor<DataVector>>;
95 0 : using volume_tags = tmpl::list<>;
96 0 : using const_global_cache_tags = tmpl::list<>;
97 0 : static constexpr bool is_trivial = false;
98 0 : static constexpr bool is_discontinuous = false;
99 0 : static void apply(gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3>*> flux_for_field,
100 : const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_conformal_metric,
101 : const tnsr::I<DataVector, 3>& shift,
102 : const Scalar<DataVector>& lapse,
103 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
104 : const Scalar<DataVector>& field,
105 : const tnsr::i<DataVector, 3>& field_gradient);
106 0 : static void apply(gsl::not_null<tnsr::I<DataVector, 3>*> flux_for_field,
107 : const tnsr::II<DataVector, 3>& inv_conformal_metric,
108 : const tnsr::I<DataVector, 3>& shift,
109 : const Scalar<DataVector>& lapse,
110 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
111 : const tnsr::i<DataVector, 3>& face_normal,
112 : const tnsr::I<DataVector, 3>& face_normal_vector,
113 : const Scalar<DataVector>& field);
114 : };
115 :
116 : /*!
117 : * \brief Add the sources \f$S_A\f$ for the scalar equation in sGB gravity on a
118 : * spatial metric \f$\gamma_{ij}\f$.
119 : */
120 1 : struct Sources {
121 0 : using argument_tags = tmpl::list<
122 : Xcts::Tags::ConformalChristoffelContracted<DataVector, 3,
123 : Frame::Inertial>,
124 : ::Tags::deriv<gr::Tags::Lapse<DataVector>, tmpl::size_t<3>,
125 : Frame::Inertial>,
126 : gr::Tags::Lapse<DataVector>, Xcts::Tags::ConformalFactor<DataVector>,
127 : ::Tags::deriv<Xcts::Tags::ConformalFactor<DataVector>, tmpl::size_t<3>,
128 : Frame::Inertial>,
129 : Tags::Epsilon2, Tags::Epsilon4, gr::Tags::WeylElectricScalar<DataVector>,
130 : gr::Tags::WeylMagneticScalar<DataVector>>;
131 0 : using const_global_cache_tags = tmpl::list<>;
132 0 : static void apply(
133 : gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> equation_for_field,
134 : const tnsr::i<DataVector, 3>& conformal_christoffel_contracted,
135 : const tnsr::i<DataVector, 3>& deriv_lapse,
136 : const Scalar<DataVector>& lapse,
137 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
138 : const tnsr::i<DataVector, 3>& conformal_factor_deriv, const double& eps2,
139 : const double& eps4, const Scalar<DataVector>& weyl_electric,
140 : const Scalar<DataVector>& weyl_magnetic, const Scalar<DataVector>& field,
141 : const tnsr::i<DataVector, 3>& /*field_gradient*/,
142 : const tnsr::I<DataVector, 3>& field_flux);
143 : };
144 :
145 : /*!
146 : * \brief Add the linearised sources \f$S_A\f$ for the scalar equation in sGB
147 : * gravity on a spatial metric \f$\gamma_{ij}\f$.
148 : */
149 1 : struct LinearizedSources {
150 0 : using argument_tags =
151 : tmpl::list<Xcts::Tags::ConformalChristoffelContracted<DataVector, 3,
152 : Frame::Inertial>,
153 : ::Tags::deriv<gr::Tags::Lapse<DataVector>, tmpl::size_t<3>,
154 : Frame::Inertial>,
155 : gr::Tags::Lapse<DataVector>,
156 : Xcts::Tags::ConformalFactor<DataVector>,
157 : ::Tags::deriv<Xcts::Tags::ConformalFactor<DataVector>,
158 : tmpl::size_t<3>, Frame::Inertial>,
159 : ::CurvedScalarWave::Tags::Psi, Tags::Epsilon2, Tags::Epsilon4,
160 : gr::Tags::WeylElectricScalar<DataVector>,
161 : gr::Tags::WeylMagneticScalar<DataVector>>;
162 0 : using const_global_cache_tags = tmpl::list<>;
163 0 : static void apply(
164 : gsl::not_null<Scalar<DataVector>*> linearized_equation_for_field,
165 : const tnsr::i<DataVector, 3>& conformal_christoffel_contracted,
166 : const tnsr::i<DataVector, 3>& deriv_lapse,
167 : const Scalar<DataVector>& lapse,
168 : const Scalar<DataVector>& conformal_factor,
169 : const tnsr::i<DataVector, 3>& conformal_factor_deriv,
170 : const Scalar<DataVector>& field, const double& eps2, const double& eps4,
171 : const Scalar<DataVector>& weyl_electric,
172 : const Scalar<DataVector>& weyl_magnetic,
173 : const Scalar<DataVector>& field_correction,
174 : const tnsr::i<DataVector, 3>& /*field_gradient_correction*/,
175 : const tnsr::I<DataVector, 3>& field_flux_correction);
176 : };
177 :
178 : } // namespace sgb
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