自适应网格细化代码 Ramses 中重子动力学的精确示踪粒子

我们提出了一种基于蒙特卡洛方法的示踪粒子算法的新实现，用于欧拉自适应网格细化代码 Ramses。示踪粒子的目的是在欧拉网格代码中追踪流体元来自何处，以跟随其拉格朗日轨迹和再处理历史。我们将其与更常用的基于速度的示踪粒子进行比较，并表明蒙特卡洛方法更准确地再现了气体分布。我们给出了气体中示踪粒子分布性质的详细统计分析，并报告其遵循泊松律。我们将这些蒙特卡洛气体示踪粒子扩展到恒星和黑洞的示踪粒子，使它们能够在彼此之间来回交换质量。借助此方案，我们可以跟随重子的完整循环，即从形成恒星的气体到多次将质量释放回周围气体，或气体吸积到黑洞上。对计算时间的整体影响为每个示踪粒子每初始单元约 $\sim$ 3%。作为概念验证，我们研究了一个天体物理科学案例——高红移星系的双重吸积模式——，它突出了该方案如何产生 hitherto 不可得的信息。这些示踪粒子将使我们能够研究复杂的天体物理系统，其中同时需要激波捕获 Godunov 格式的效率与流体的拉格朗日跟踪。