宇宙再电离中连续谱辐射转移的新矩方法

我们介绍了一种新代码，用于计算具有周期性边界的静态密度场中的时间相关连续谱辐射转移和非平衡电离态。该代码求解辐射转移方程的矩，并通过长特征线法计算的埃丁顿张量进行闭合。我们证明，纯（即非源中心）短特征线法和光学薄近似不适用于计算宇宙再电离问题的埃丁顿因子。我们通过一种高效且精确（误差<1%）的技术演化非平衡电离场，该技术根据局域时标与时间步长的长短比较，在全隐式或显式有限差分之间切换。我们针对宇宙再电离问题定制了该代码。在测试中，该代码守恒光子，精确处理宇宙学效应，并再现了解析的斯特龙根球解。其主要缺点是，与其他技术相比，长特征线计算的计算时间扩展性较差（t_LC ∝ N_cells^1.5）；然而，我们通过仅在辐射场发生显著变化时重新计算埃丁顿张量来缓解这一问题。我们的技术几乎不做任何物理近似，因此为更快但更近似的技术提供了一种基准测试方法。它可以很容易地扩展到演化多个频率，尽管我们在此没有这样做。最后，我们指出，我们的方法普遍适用于任何涉及连续谱辐射在周期性体积中传输的问题。