{"id":28529,"date":"2026-10-29T17:17:57","date_gmt":"2026-10-29T16:17:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/stamatis-vretinaris\/"},"modified":"2026-10-31T11:26:47","modified_gmt":"2026-10-31T10:26:47","slug":"stamatis-vretinaris","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/stamatis-vretinaris\/","title":{"rendered":"Stamatis Vretinaris"},"content":{"rendered":"","protected":false},"featured_media":28530,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"university_us_portfolio":[17],"class_list":["post-28529","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","university_us_portfolio-radboud-universiteit"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"Numerical Modeling of Compact Binary Systems from Comparable to Extreme Mass Ratios","samenvatting":"Dit proefschrift bestudeerde numerieke modellering van compacte binaire systemen in regimes waarin de relevante fysische en numerieke moeilijkheden kwalitatief verschillend zijn. Binaire systemen met vergelijkbare massa vereisen de niet-lineaire dynamica van de ruimtetijd en, voor neutronensterren, van materie. Systemen met extreme massaverhouding vereisen een gecontroleerde behandeling van een onopgelost klein object en zijn zelfveld. In beide regimes hangt de betrouwbaarheid van de berekening af van het behouden van de continu\u00fcmstructuur op discreet of statistisch niveau: geometrische grootheden moeten hun betekenis behouden, evolutiesystemen moeten stabiel blijven, singuliere of onopgeloste bronnen moeten consistent worden weergegeven, en inferentieproblemen moeten worden begrensd door de beschikbare fysica.\n\nHet hier gepresenteerde werk bestaat uit vier samenhangende bijdragen. De eerste construeert hoog-orde summation-by-parts-discretisaties voor kromlijnige co\u00f6rdinaten met co\u00f6rdinaatsingulariteiten. De tweede stelt een eindige-resolutieformulering voor scalaire self-force-berekeningen voor. De derde betreft de quasi-lokale geometrie van fusies van binaire zwarte gaten. De vierde ontwikkelt een robuuste inferentiestrategie voor post-mergerzwaartekrachtsgolven van binaire neutronensterren. Samen vormen deze resultaten een proefschrift over het modelleren van compacte binaries en niet over slechts \u00e9\u00e9n computationele techniek.\n\nHoog-orde SBP-operatoren voor kromlijnige singulariteiten\nDit proefschrift begint met de fundamentele eis van numerieke relativiteit: dat de gediscretiseerde evolutievergelijkingen de wiskundige structuur van de onderliggende continu\u00fcmfysica behouden. Co\u00f6rdinaten aangepast aan symmetrie, zoals bolco\u00f6rdinaten, zijn natuurlijk in veel relativistische berekeningen. Zij bevatten ook co\u00f6rdinaatsingulariteiten. De factoren 1\/rp die in de oorsprong verschijnen zijn geen fysische singulariteiten, maar zij kunnen een eindige-differentiemethode destabiliseren als de discrete operatoren niet de juiste integratie-door-delen-structuur reproduceren.\n\nHet werk aan summation-by-parts-operatoren construeerde hoog-orde eindige-differenceschema\u2019s voor eerste-orde hyperbolische systemen in zulke co\u00f6rdinaten. De constructie begint met Cartesische SBP-operatoren maar wijzigt de norm- en afgeleidestructuur om rekening te houden met de kromlijnige volumemaat en het onderscheid tussen scalaire en vectorwaardige grootheden. Niet-diagonale vectorwaardige normoperatoren zijn toegestaan. Nauwkeurigheidsvoorwaarden nabij de oorsprong bepalen de closure-co\u00ebffici\u00ebnten, en de covariante divergentie-operator wordt afgeleid uit de SBP-identiteit zelf.\n\nExpliciete operatoren werden geconstrueerd tot en met zesde orde. In sferische scalaire-golfevoluties behouden de schema\u2019s de discrete energie tot op floating-point-nauwkeurigheid onder reflecterende randvoorwaarden. Een Gaussiaans golfpakket kan door de oorsprong gaan en weer schoon tevoorschijn komen, waarbij vierde- en zesde-orde convergentie wordt waargenomen voor de overeenkomstige operatoren. Deze testen tonen aan dat de oorsprong kan worden opgenomen op een collocated radiaal rooster zonder de energiestabiliteit op te offeren die van een SBP-discretisatie wordt verwacht.\n\nDit resultaat levert numerieke infrastructuur voor relativistische evolutieproblemen. Het biedt een systematisch alternatief voor het uitsnijden van de oorsprong of het gebruiken van staggered grids uitsluitend om de co\u00f6rdinaatsingulariteit te vermijden. Omdat de constructie is gebaseerd op gewogen normen, compatibele gradi\u00ebnt- en divergentie-operatoren en de SBP-identiteit, is zij in principe niet beperkt tot scalaire golven. De methode kan worden uitgebreid naar willekeurige tensorrang en ruimtetijddimensie, hoewel de integratie ervan in volledige numerieke-relativiteitssystemen toekomstig werk blijft.\n\nEindige-resolutie-modellering van scalaire self-force\nHet werk over scalaire self-force behandelde de kant van extreme massaverhouding in dit proefschrift. In zulke systemen beweegt een klein compact object in het veld van een veel groter object en wordt het be\u00efnvloed door zijn eigen veld. Een letterlijke puntdeeltjesbeschrijving introduceert singuliere velden, die vervolgens geregulariseerd moeten worden. In zelfconsistente evoluties kunnen versnellingafhankelijke termen in het singuliere veld leiden tot impliciete of hoger-afgeleide structuren in de bewegingsvergelijkingen. Dit is ongewenst voor een beginwaarde-evolutieschema.\n\nDe hier ontwikkelde benadering vertrekt van een andere premisse: een numerieke berekening heeft eindige resolutie. De relevante hi\u00ebrarchie is er een waarin de grote schaal wordt opgelost, het kleine object niet, en de roosterschaal ertussenin ligt. In dit regime kan het kleine object worden gemodelleerd als eindig groot onder de resolutieschaal. Het deeltjesveld wordt behandeld als een extra basisfunctie, en het ge\u00ebvolueerde veld wordt ontbonden in dit deeltjesveld plus een regulier restveld. Alleen de som heeft fysische betekenis.\n\nDe formulering werd ontwikkeld voor een scalair deeltje gekoppeld aan een scalair veld in vlakke ruimtetijd. De vergelijkingen werden expliciet opgeschreven in het lab frame, en de toestandsvector werd gekozen voordat de bewegingsvergelijkingen werden afgeleid. Dit leidt tot een zelfconsistent beginwaardesysteem dat de straling omvat die door deeltjesversnelling wordt geproduceerd zonder oneindigheden te introduceren of hogere tijdsafgeleiden van de zelfversnelling als onafhankelijke data te vereisen.\n\nTwee discretisaties werden ge\u00efmplementeerd: een eindige-volumemethode en een spectrale methode. In eendimensionale testen vertoonden beide uitstekende overeenstemming met analytische oplossingen. Het volledig zelfinteragerende geval stemde eveneens goed overeen met analytische benaderingen. De berekeningen benadrukten dat effectieve bronnen die door deeltjesversnelling worden gegenereerd correct in de discrete functieruimte moeten worden geprojecteerd; deze projectie kan analytisch of numeriek worden uitgevoerd, waarbij het laatste aantrekkelijk is wanneer de bronuitdrukkingen gecompliceerd worden.\n\nHet huidige werk is een modelprobleem, maar de conceptuele implicatie ervan is breder. Het suggereert dat effective-source-modellering direct op eindige resolutie kan worden geformuleerd. In hogere dimensies zullen de effectieve bronnen een sterkere lokale structuur hebben, inclusief directionele discontinu\u00efteiten. Dit motiveert discretisaties die zijn aangepast aan de omgeving van het deeltje, zoals eindige-elementmethoden met lokale sub-elementstructuur. Windowfuncties kunnen worden gebruikt om het deeltjesveld te lokaliseren en de rekenkosten te verlagen. Het uitbreiden van de constructie naar elektrodynamica en uiteindelijk naar de algemene relativiteit zou extra vrijheidsgraden vereisen, waaronder spin voor compacte objecten, maar het centrale idee blijft hetzelfde: het onopgeloste object moet worden weergegeven op een manier die consistent is met de numerieke schaal waarop het veld wordt ge\u00ebvolueerd.\n\nFusies van zwarte-gathorizonten en cuspvorming\nDe studie van cuspvorming in samensmeltende zwarte-gathorizonten benaderde de fusie van binaire zwarte gaten via marginaal buitenste gevangen oppervlakken. In dit quasi-lokale beeld kan de fusie worden begrepen als de fusie van de twee individuele MOTSs die geassocieerd zijn met de voorlopers van de zwarte gaten met de binnenste MOTS die geassocieerd is met het restant. Voor de frontale botsing van twee niet-spinnende zwarte gaten ontwikkelt de binnenste MOTS een cusp op het raaktijdstip.\n\nHet belangrijkste resultaat is dat de tijdsevolutie van de horizonmassa en de massamultipoolmomenten glad is behalve op dit raaktijdstip. Bij de cusp bevat de kromming een distributionele bijdrage, en de quasi-lokale grootheden vertonen discontinue sprongen. De sprong in de massa volgt uit de additiviteit van de oppervlakte bij de fusie. De sprongen in de hogere massamultipoolmomenten worden bepaald door de Gauss-invariant, die de sterkte van de distributionele kromming bij de cusp vastlegt. Hoewel deze sprongen niet de volledige verandering vormen tussen de initi\u00eble voorloperhorizonten en het uiteindelijke restant, kunnen zij tot de dominante bijdragen behoren.\n\nDit resultaat geeft een bronzijdige beschrijving van een deel van de fusiedynamica. Het laat zien dat horizonmultipolen informatie bevatten die gelokaliseerd is bij het fusiegebeurtenis en die snel verloren kan gaan in de daaropvolgende gladde evolutie van de gemeenschappelijke horizon. Nauwkeurige numerieke resolutie van de MOTSs nabij het raaktijdstip is daarom essentieel. De analyse suggereert ook een breder programma: horizonmultipolen, impulsmoment, recoil en amplituden van zwaartekrachtsgolfmodi met elkaar verbinden in generieke fusies van zwarte gaten. Het huidige werk behandelde een symmetrische frontale configuratie. Het uitbreiden van de analyse naar spinnende, precesserende en niet-axisymmetrische binaries is de natuurlijke volgende stap.\n\nPost-mergerinferentie voor binaire neutronensterren\nHet werk over de post-mergerfase van binaire neutronensterren behandelde een ander aspect van de dynamica van vergelijkbare massa\u2019s: het extraheren van fysische parameters uit het zwaartekrachtsgolfsignaal van het restant. Het post-mergerspectrum bevat een dominante frequentie fpeak en subdominante structuren die samenhangen met de dynamica van het differentieel roterende restant. Deze kenmerken zijn potentieel waardevolle sondes van dichte nucleaire materie, maar het robuust afleiden ervan is moeilijk omdat het signaal kort, hoogfrequent en uit meerdere componenten opgebouwd is.\n\nDe in dit proefschrift ontwikkelde methode combineert een analytisch model van gedempte oscillatoren met empirische relaties en een classificatie van post-mergerspectra. Tijdens de inspiral meetbare grootheden, in het bijzonder de chirpmassa Mchirp en de effectieve tidale vervormbaarheid \u039b\u02dc, worden gebruikt om ge\u00efnformeerde priors voor de belangrijkste post-mergerfrequenties te construeren. De spectrale classificatie bepaalt welke componenten benadrukt moeten worden en voor welke componenten de priors breed moeten zijn. Deze structuur vermindert de multimodaliteit die kan ontstaan wanneer brede, niet-informatieve priors verschillende oscillatoren van rol laten wisselen.\n\nDe methode werd gevalideerd op vijftien numeriekerelativiteitsgolfvormen van fusies van binaire neutronensterren die differentieel roterende restanten vormen. De verzameling omvat dertien golfvormen uit de CoRe-catalogus en twee aanvullende golfvormen, meestal systemen met gelijke massa en twee gevallen met massaverhouding q = 1.5. De modellen bestrijken neutronensterstralen van ongeveer 11.5 km tot 16 km en massa\u2019s van ongeveer 1.2 M\u2299 tot 1.7 M\u2299, en dekken de relevante post-mergerspectrale typen die in de analyse zijn beschouwd.\n\nDe resulterende fitting factors hebben mediaanwaarden in het bereik 0.935\u20130.980. Bij een netwerk-signaal-ruisverhouding van 50 in de post-mergerfase is de typische \u00e9\u00e9n-sigma-onzekerheid in de dominante frequentie fpeak ongeveer 0.22%. Voor de dominante secundaire piek is die ongeveer 1.4%, terwijl die voor zwakkere secundaire of post-piekfrequenties ongeveer 6.2% is. De strategie met ge\u00efnformeerde priors levert geconvergeerde posteriorverdelingen op in gevallen waarin minder beperkte analyses ambigue of multimodale resultaten kunnen opleveren. Het vervangen van dynesty door pocoMC levert bijna een orde van grootte snelheidswinst in wandkloktijd op, waardoor het mogelijk wordt meer gevallen en ruisrealisaties te onderzoeken.\n\nDe bredere betekenis van dit resultaat is dat post-mergerinferentie niet moet worden behandeld als een blinde fit van een flexibel model. De inspiral en post-mergerfasen zijn fysisch met elkaar verbonden, en de inferentiemethode moet die verbinding gebruiken. Toekomstig werk moet de robuustheid van de aanpak testen tegen bijkomende fysische effecten die afwezig zijn of vereenvoudigd zijn in de hier beschouwde verzameling golfvormen, waaronder magnetische velden, neutrinotransport, turbulentie-modellering, bulkviscositeit, mogelijke afdrukken van donkere materie en afwijkingen van de algemene relativiteit. Het zal ook belangrijk zijn analytische oscillatormodellen te vergelijken met reduced-order- of machine-learningrepresentaties van het post-mergerspectrum.\n\nSynthese en vooruitblik\nDe vier delen van het proefschrift zijn verbonden door een gemeenschappelijk principe: numerieke modellen moeten de structuren behouden die het continu\u00fcmprobleem goed gedefinieerd maken. In de SBP-studie is de relevante structuur de energieschatting; die discreet behouden levert stabiele hoog-orde evolutie door een co\u00f6rdinaatsingulariteit op. In de self-force-studie is de relevante structuur de schaalhi\u00ebrarchie; het kleine object is onopgelost en moet op eindige resolutie worden gemodelleerd in plaats van als een singulariteit die de discretisatie niet kan weergeven. In de horizonstudie is de relevante structuur geometrisch en topologisch; de cusp draagt een distributionele krommingsbijdrage die sprongen in quasi-lokale grootheden bepaalt. In de post-mergerstudie is de relevante structuur fysische informatie die gedeeld wordt tussen inspiral- en post-merger-observabelen; het gebruik van die informatie in de priors verandert een ambigu inferentieprobleem in een robuust probleem.\n\nDe richting voor vergelijkbare massa\u2019s die door dit werk wordt geopend, is om diagnostiek aan de bronzijde en observabelen aan de detectorzijde directer met elkaar te verbinden. Voor fusies van zwarte gaten betekent dit het uitbreiden van de analyse van cusp en multipolen naar generieke spinnende binaries en het onderzoeken of horizonmultipolen kwantitatief gerelateerd kunnen worden aan golfvormmodi en recoil. Voor binaire neutronensterren betekent dit het toepassen van robuuste post-mergerinferentie op golfvormen met steeds realistischer microfysica en op detectornetwerken die in het tijdperk van de derde generatie worden verwacht.\n\nDe richting voor extreme massaverhouding is om van scalaire modelproblemen over te gaan naar gravitatie-self-force-berekeningen in gekromde ruimtetijd. Het hier ontwikkelde eindige-resolutieperspectief moet worden getest in situaties waarin langetermijnfase-nauwkeurigheid kan worden gemeten. Het moet ook worden gecombineerd met numerieke methoden die gelokaliseerde effectieve bronnen in meerdere dimensies aankunnen.\n\nDe richting voor numerieke methoden is om de hoog-orde kromlijnige SBP-operatoren in completere evolutiesystemen op te nemen. Dit omvat koppeling aan niet-lineaire vergelijkingen, materiebronnen, ijkdynamica en realistische randvoorwaarden. Indien succesvol zouden zulke operatoren simulaties in staat stellen symmetrie-aangepaste co\u00f6rdinaten te gebruiken met behoud van de stabiliteitsgaranties van een energiemethode.\n\nGezamenlijk genomen bevorderen de resultaten van dit proefschrift de modellering van compacte binaries over het volledige spectrum van massaverhoudingen. Zij doen dit door quasi-lokale geometrie, zwaartekrachtsgolfinferentie, bronmodellering op eindige resolutie en stabiele hoog-orde discretisatie te combineren. De verenigende les is dat robuuste numerieke relativiteit niet alleen een kwestie is van het verhogen van de resolutie of de rekenkosten. Het is een kwestie van het discrete probleem zo te formuleren dat de essenti\u00eble fysica en wiskunde van het continu\u00fcmprobleem zichtbaar blijven in de berekening.","summary":"This thesis studied numerical modeling of compact binary systems across regimes in which the relevant physical and numerical difficulties are qualitatively different. Comparable-mass binaries require the nonlinear dynamics of spacetime and, for neutron stars, matter. Extreme-mass-ratio systems require a controlled treatment of an unresolved small body and its self-field. Across both regimes, the reliability of the calculation depends on preserving continuum structure at the discrete or statistical level: geometric quantities must retain their meaning, evolution systems must remain stable, singular or unresolved sources must be represented consistently, and inference problems must be constrained by the available physics.\n\nThe work presented here consists of four connected contributions. The first constructs high-order summation-by-parts discretizations for curvilinear coordinates with coordinate singularities. The second proposes a finite-resolution formulation for scalar self-force calculations. The third concerns the quasi-local geometry of binary black-hole mergers. The fourth develops a robust inference strategy for binary-neutron-star post-merger gravitational waves. Together, these results form a thesis on compact-binary modeling rather than on a single computational technique.\n\nHigh-order SBP operators for curvilinear singularities\nThis thesis begins with the fundamental requirement of numerical relativity: that the discretized evolution equations should preserve the mathematical structure of the underlying continuum physics. Coordinates adapted to symmetry, such as spherical coordinates, are natural in many relativistic calculations. They also contain coordinate singularities. The factors 1\/rp that appear at the origin are not physical singularities, but they can destabilize a finite-difference method if the discrete operators do not reproduce the correct integration-by-parts structure.\n\nThe work on summation-by-parts operators constructed high-order finite-difference schemes for first-order hyperbolic systems in such coordinates. The construction starts from Cartesian SBP operators but modifies the norm and derivative structure to account for the curvilinear volume measure and the distinction between scalar and vector-valued quantities. Non-diagonal vector-valued norm operators are allowed. Accuracy conditions near the origin determine the closure coefficients, and the covariant divergence operator is derived from the SBP identity itself.\n\nExplicit operators were constructed up to sixth order. In spherical scalar-wave evolutions, the schemes conserve the discrete energy to floating-point accuracy under reflecting boundary conditions. A Gaussian wave packet can pass through the origin and re-emerge cleanly, with fourth- and sixth-order convergence observed for the corresponding operators. These tests demonstrate that the origin can be included on a collocated radial grid without sacrificing the energy stability expected from an SBP discretization.\n\nThis result supplies numerical infrastructure for relativistic evolution problems. It provides a systematic alternative to excising the origin or using staggered grids solely to avoid the coordinate singularity. Because the construction is based on weighted norms, compatible gradient and divergence operators, and the SBP identity, it is not restricted in principle to scalar waves. The method can be extended to arbitrary tensor rank and spacetime dimension, although its integration into full numerical-relativity systems remains future work.\n\nFinite-resolution scalar self-force modeling\nThe scalar self-force work addressed the extreme-mass-ratio side of the thesis. In such systems, a small compact object moves in the field of a much larger body and is influenced by its own field. A literal point-particle description introduces singular fields, which must then be regularized. In self-consistent evolutions, acceleration-dependent singular-field terms can lead to implicit or higher-derivative structures in the equations of motion. This is undesirable for an initial-value evolution scheme.\n\nThe approach developed here starts from a different premise: a numerical calculation has finite resolution. The relevant hierarchy is one in which the large scale is resolved, the small object is not, and the grid scale lies between them. In this regime the small object can be modeled as finite-sized below the resolution scale. The particle field is treated as an additional basis function, and the evolved field is decomposed into this particle field plus a regular remainder field. Only the sum has physical meaning.\n\nThe formulation was developed for a scalar particle coupled to a scalar field in flat spacetime. The equations were written explicitly in the lab frame, and the state vector was chosen before deriving the equations of motion. This leads to a self-consistent initial-value system that includes the radiation produced by particle acceleration without introducing infinities or requiring higher time derivatives of the self-acceleration as independent data.\n\nTwo discretizations were implemented: a finite-volume method and a spectral method. In one-dimensional tests, both showed excellent agreement with analytic solutions. The fully self-interacting case also agreed well with analytic approximations. The calculations emphasized that effective sources generated by particle acceleration must be projected properly into the discrete function space; this projection can be performed analytically or numerically, with the latter being attractive when the source expressions become complicated.\n\nThe present work is a model problem, but its conceptual implication is broader. It suggests that effective-source modeling can be formulated directly at finite resolution. In higher dimensions the effective sources will have stronger local structure, including directional discontinuities. This motivates discretizations adapted to the particle neighborhood, such as finite-element methods with local sub-element structure. Window functions can be used to localize the particle field and reduce computational cost. Extending the construction to electrodynamics and ultimately to general relativity would require additional degrees of freedom, including spin for compact objects, but the central idea remains the same: the unresolved object should be represented in a way that is consistent with the numerical scale at which the field is evolved.\n\nBlack-hole horizon mergers and cusp formation\nThe study of cusp formation in merging black-hole horizons approached the binary black-hole merger through marginally outer trapped surfaces. In this quasi-local picture, the merger can be understood as the merger of the two individual MOTSs associated with the progenitor black holes with the inner MOTS associated with the remnant. For the head-on collision of two nonspinning black holes, the inner MOTS develops a cusp at the touching time.\n\nThe main result is that the time evolution of the horizon mass and mass multipole moments is smooth except at this touching time. At the cusp, the curvature contains a distributional contribution, and the quasi-local quantities exhibit discontinuous jumps. The jump in the mass follows from the additivity of the area at the merger. The jumps in the higher mass multipole moments are controlled by the Gauss invariant, which determines the strength of the distributional curvature at the cusp. Although these jumps are not the entire change between the initial progenitor horizons and the final remnant, they can be among the dominant contributions.\n\nThis result gives a source-side description of part of the merger dynamics. It shows that horizon multipoles contain information that is localized at the merger event and that can be lost rapidly in the subsequent smooth evolution of the common horizon. Accurate numerical resolution of the MOTSs near the touching time is therefore essential. The analysis also suggests a broader program: to connect horizon multipoles, angular momentum, recoil, and gravitational-wave mode amplitudes in generic black-hole mergers. The present work treated a symmetric head-on configuration. Extending the analysis to spinning, precessing, and non-axisymmetric binaries is the natural next step.\n\nPost-merger inference for binary neutron stars\nThe binary-neutron-star post-merger work addressed a different aspect of comparable-mass dynamics: the extraction of physical parameters from the gravitational-wave signal of the remnant. The post-merger spectrum contains a dominant frequency fpeak and subdominant structures associated with the dynamics of the differentially rotating remnant. These features are potentially valuable probes of dence nuclear matter, but robustly inferring them is difficult because the signal is short, high-frequency, and multi-component.\n\nThe method developed in this thesis combines an analytic damped-oscillator model with empirical relations and a classification of post-merger spectra. Inspiral-measurable quantities, in particular the chirp mass Mchirp and the effective tidal deformability \u039b\u02dc, are used to construct informed priors for the main post-merger frequencies. The spectral classification determines which components should be emphasized and which priors should be broad. This structure reduces the multimodality that can arise when broad uninformative priors allow different oscillators to exchange roles.\n\nThe method was validated on fifteen numerical-relativity waveforms of binary neutron-star mergers forming differentially rotating remnants. The set includes thirteen waveforms from the CoRe catalog and two additional waveforms, mostly equal-mass systems and two cases with mass ratio q = 1.5. The models span neutron-star radii of approximately 11.5 km to 16 km and masses from approximately 1.2 M\u2299 to 1.7 M\u2299, covering the relevant post-merger spectral types considered in the analysis.\n\nThe resulting fitting factors have median values in the range 0.935\u20130.980. At post-merger network signal-to-noise ratio 50, the typical one-sigma uncertainty in the dominant frequency fpeak is about 0.22%. For the dominant secondary peak it is about 1.4%, while for weaker secondary or post-peak frequencies it is about 6.2%. The informed-prior strategy gives converged posterior distributions in cases where less constrained analyses can produce ambiguous or multimodal results. Replacing dynesty with pocoMC yields nearly an order-of-magnitude speedup in wall time, making it possible to explore more cases and noise realizations.\n\nThe broader significance of this result is that post-merger inference should not be treated as a blind fit of a flexible model. The inspiral and post-merger phases are physically connected, and the inference method should use that connection. Future work should test the robustness of the approach against additional physical effects that are absent or simplified in the waveform set considered here, including magnetic fields, neutrino transport, turbulence modeling, bulk viscosity, possible dark-matter imprints, and deviations from general relativity. It will also be important to compare analytic oscillator models with reduced-order or machine-learning representations of the post-merger spectrum.\n\nSynthesis and outlook\nThe four parts of the thesis are connected by a common principle: numerical models should preserve the structures that make the continuum problem well defined. In the SBP study, the relevant structure is the energy estimate; preserving it discretely yields stable high-order evolution through a coordinate singularity. In the self-force study, the relevant structure is the scale hierarchy; the small object is unresolved and should be modeled at finite resolution rather than as a singularity that the discretization cannot represent. In the horizon study, the relevant structure is geometric and topological; the cusp carries a distributional curvature contribution that controls jumps in quasi-local quantities. In the post-merger study, the relevant structure is physical information shared between inspiral and post-merger observables; using that information in the priors turns an ambiguous inference problem into a robust one.\n\nThe comparable-mass direction opened by this work is to connect source-side diagnostics and detector-side observables more directly. For black-hole mergers, this means extending the cusp and multipole analysis to generic spinning binaries and investigating whether horizon multipoles can be quantitatively related to waveform modes and recoil. For binary neutron stars, it means applying robust post-merger inference to waveforms with increasingly realistic microphysics and to detector networks expected in the third-generation era.\n\nThe extreme-mass-ratio direction is to move from scalar model problems to gravitational self-force calculations in curved spacetime. The finite-resolution viewpoint developed here should be tested in settings where long-time phase accuracy can be measured. It must also be combined with numerical methods capable of handling localized effective sources in multiple dimensions.\n\nThe numerical-methods direction is to incorporate the high-order curvilinear SBP operators into more complete evolution systems. This includes coupling to nonlinear equations, matter sources, gauge dynamics, and realistic boundary conditions. If successful, such operators would allow simulations to use symmetry-adapted coordinates while retaining the stability guarantees of an energy method.\n\nTaken together, the results of this thesis advance compact-binary modeling across the mass-ratio spectrum. They do so by combining quasi-local geometry, gravitational-wave inference, finite-resolution source modeling, and stable high-order discretization. The unifying lesson is that robust numerical relativity is not only a matter of increasing resolution or computational cost. It is a matter of formulating the discrete problem so that the essential physics and mathematics of the continuum problem remain visible in the computation.","auteur":"Stamatis Vretinaris","auteur_slug":"stamatis-vretinaris","publicatiedatum":"19 januari 2027","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/stamatisvretinaris?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/cee5dc6e-e49f-4b47-8d15-5e9381830741\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19947","isbn":"9789465153445","doi_nummer":"10.54195\/9789465153445","naam_universiteit":"Radboud Universiteit","afbeeldingen":28530,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Radboud Universiteit","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/28529","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/28530"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=28529"}],"wp:term":[{"taxonomy":"university_us_portfolio","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/university_us_portfolio?post=28529"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}