在AREPO中自相互作用暗物质的一种新实现

自相互作用暗物质（SIDM）通过碰撞热输运影响晕结构，并可能解决结构形成中的几个小尺度难题。SIDM在低质量晕中产生热化核心，这可能解释了观测到的有核矮星系。在晚期的引力热坍缩过程中，SIDM可以产生致密的低质量暗物质晕和子结构，这些可以通过冷恒星流的扰动和强引力透镜探测到。在这项工作中，我们在移动网格代码AREPO-2中提出了一种新的蒙特卡洛SIDM实现，旨在实现高效、可扩展和可扩展性。该实现的核心特征是一个专用的仅暗物质邻居搜索树，它将散射求解器与引力解耦。这保持了与AREPO-2使用的分层时间积分的兼容性，同时使优化的引力求解器不受约束。MPI任务之间的成对通信方案允许在单个时间步内跟踪多个散射事件，同时通过构造保持动量和能量守恒以及并行一致性。这辅以每对时间步标准，显著减少了不必要的时间步限制。该实现原生支持速度相关的截面和非弹性相互作用，而一个紧凑的接口设计用于在不了解并行化层的情况下实现额外的SIDM物理。我们使用一套理想化和宇宙学测试验证了各向同性弹性散射的实现。我们在孤立的核心坍缩模拟和宇宙学盒子中（仅暗物质和含重子）评估了性能和可扩展性。除了引力热坍缩的晚期阶段，SIDM模拟相对于相应的CDM运行仅产生适度的开销，并且比AREPO-1中以前的SIDM实现快得多。