Multi-Skalen Anfangsbedingungen für kosmologische Simulationen

Wir diskutieren einen neuen Algorithmus zur Erstellung von Multi-Skalen Anfangsbedingungen mit mehreren Ebenen von Verfeinerungen für kosmologische ‚Zoom-in‘-Simulationen. Die Methode verwendet eine adaptive Faltung von Gaußschem weißen Rauschen mit einem Realraum-Transferfunktionskern zusammen mit einem adaptiven Mehrgitter-Poisson-Löser, um Verschiebungen und Geschwindigkeiten gemäß der ersten (1LPT) oder zweiten Ordnung der lagrangischen Störungstheorie (2LPT) zu generieren. Der neue Algorithmus erreicht rms relative Fehler in der Größenordnung von 10−4 für Verschiebungen und Geschwindigkeiten im Verfeinerungsbereich und verbessert damit in Bezug auf Fehler um etwa zwei Größenordnungen im Vergleich zu früheren Ansätzen. Darüber hinaus sind die Fehler an den grob-fein Grenzen lokalisiert und leiden nicht unter durch den Fourier-Raum verursachten Interferenzgeräuschen. Ein optionales hybrides Mehrgitter- und FFT-basiertes Verfahren wird eingeführt, das im Fourier-Raum ein identisches Verhalten wie traditionelle Ansätze aufweist. Durch die Verwendung einer Reihe von Neusimulationen eines Galaxiencluster-Halos wird unser realraumbezogener Ansatz gefunden, Korrelationfunktionen, Dichteprofile, wichtige Halo-Eigenschaften und Subhalo-Abundanzen mit einer Genauigkeit auf Prozentniveau zu reproduzieren. Schließlich generalisieren wir unseren Ansatz für zwei-komponentige Baryonen- und Dunkelmaterie-Simulationen und zeigen, dass die Entwicklung des Leistungsspektrums in hervorragender Übereinstimmung mit der linearen Störungstheorie steht. Für anfängliche Baryondichtefelder wird vorgeschlagen, die lokale Lagrange-Approximation zu verwenden, um ein Dichtefeld für maschenbasierte Codes zu erzeugen, das mit der lagrangischen Störungstheorie konsistent ist, anstatt der aktuellen Praxis, die eulerianisch linear skalierten Dichten zu verwenden.