初始条件对宇宙学$N$体模拟的影响

由于当前的大型观测巡天，宇宙学正进入百分之一精度的时代。观测上的这种精度现在对数值方法和宇宙学模拟提出了更高的准确性要求。在本文中，我们研究了$N$体数值模拟的准确性及其对初始条件变化和模拟算法变化的依赖性。为此，我们使用了一系列具有不同初始条件的宇宙学$N$体模拟。我们测试了初始条件的影响，即预初始构型 (preIC)、拉格朗日微扰理论 (LPT) 的阶数以及初始红移，对与宇宙大尺度结构相关的统计量的影响，例如晕质量函数、密度功率谱和大尺度结构的最大延伸范围。我们发现，玻璃态或网格预初始条件在$z\lesssim 2$时给出相似的结果。然而，玻璃态初始条件中初始功率的过剩导致高红移处的功率谱和质量函数出现细微差异。研究发现，用于生成模拟初始条件的 LPT 阶数起着至关重要的作用。与二阶 (2LPT) 模拟相比，一阶 LPT (1LPT) 模拟低估了大质量晕的数量，对于初始红移为 23 的情况，在$10^{14} h^{-1} M_\odot$处通常低估约 2%，并且在$z_\mathrm{ini} = 23$时，在接近 Nyquist 频率处小尺度功率低估了 6%。此外，在更高红移处，1LPT 模拟显著低估了质量函数的大质量端。另一方面，当固定 LPT 阶数时，起始红移对晕质量函数的低质量端有系统性影响。