Acelerando simulaciones N-cuerpos de gravedad modificada: modelos de apantallamiento camaleónico

Describimos y demostramos el potencial de un nuevo y muy eficiente método para simular ciertas clases de teorías de gravedad modificada, como los modelos de gravedad f(R) ampliamente estudiados. Las simulaciones de alta resolución para tales modelos son actualmente muy lentas debido a la ecuación diferencial parcial altamente no lineal que debe resolverse exactamente para predecir la fuerza gravitacional modificada. Esta no linealidad es en parte inherente, pero también se exacerba por el algoritmo numérico específico utilizado, que emplea una redefinición variable para prevenir inestabilidades numéricas. El método iterativo estándar de Newton-Gauss-Seidel utilizado para abordar este problema tiene una mala tasa de convergencia. Nuestro nuevo método no solo evita esto, sino que también permite que la ecuación discretizada se escriba en una forma que es analíticamente resoluble. Mostramos que este nuevo método mejora enormemente el rendimiento y la eficiencia de las simulaciones de f(R). Por ejemplo, una simulación de prueba con 5123 partículas en una caja de tamaño 512 Mpc/h ahora es 5 veces más rápida que antes, mientras que una simulación de resolución Millennium para la gravedad f(R) se estima que es más de 20 veces más rápida que con el antiguo método. Nuestra nueva implementación será particularmente útil para realizar simulaciones de muy alta resolución y gran tamaño que, hasta la fecha, solo son posibles para el modelo estándar, y también hace factible ejecutar un gran número de simulaciones de menor resolución para análisis de covarianza. Esperamos que el método nos lleve a una nueva era para pruebas cosmológicas de gravedad con precisión.