一种模拟遗迹中微子的最优非线性方法

宇宙学对当前中微子质量之和给出了最强的限制。未来的观测将进一步提高灵敏度，这将需要精确的字宙学模拟来量化可能的系统不确定性，并对非线性尺度做出预测，而大量信息正蕴藏在这些尺度中。然而，由中微子热运动引起的散粒噪声限制了模拟的精度。在本文中，我们引入了一种模拟含中微子的大尺度结构形成的新方法，该方法能准确分辨至小尺度的中微子，并显著降低散粒噪声。该方法通过用粒子追踪中微子相空间分布的扰动，在最小中微子质量下于 $z=0$ 时将功率谱中的散粒噪声降低了 $\mathcal{O}\left(10^2\right)$ 倍，且在更高红移处降低得更为显著，同时不忽略由中微子成团引起的反作用。我们证明该方法属于在最大偏离非线性解约束下使散粒噪声最小的最优方法族。与其他方法相比，我们发现物质功率谱有千分之一量级的吻合，大尺度中微子偏置有百分之一量级的吻合，但在小尺度上的中微子成分存在巨大差异。该方法的基础版本可轻易在现有 N 体代码中实现，并能以显著减少的粒子负载运行中微子模拟。基于微扰论构建背景模型可进一步获益。该技术的一大优势是对所有质量均表现良好，从而能够对完整的中微子参数空间进行一致性探索。