用于宇宙引力不稳定性高分辨率模拟的分层网格粒子-网格代码

我描述了一种分层网格粒子-网格(NGPM)代码，旨用于研究三维中的引力不稳定性。该代码基于标准的粒子-网格(PM)代码。通过在母网格上定义更小的子网格，我们能够在质量和长度尺度上显著扩展动力学范围。我将母网格上的场视为背景场，并采用单向交互网格化技术。母网格上的波可进入并离开子网格，但来自子网格的波被禁止影响母网格的动力学。在母网格上，使用标准的多重傅里叶变换技术计算势能。在子网格上，使用傅里叶变换技术在高分辨率下计算子网格势能。对子网格施加准孤立边界条件，使用标准方法生成孤立边界条件，但与其使用孤立格林函数，我使用Ewald方法在子网格上计算具有母网格完全周期性的格林函数。我对方法论进行了详细讨论，并对代码进行了一系列测试。