孤立过密区的演化作为宇宙学 N 体模拟的控制手段

除了收敛性研究和不同代码的比较之外，在宇宙学 N 体模拟的非线性区域中，即使在无耗散极限下，本质上也没有对准确性的控制手段。我们在此提出并探索一种此前未被采用的简单测试：当宇宙学代码用于模拟孤立过密区时，它们应在物理坐标中复现那些在无膨胀开边界条件下获得的结果。特别是，可以通过测试维里化平衡态在物理坐标中的稳定性来探测模拟所需的无碰撞特性。我们利用一组在 Einstein de Sitter 宇宙学中从迅速 settling 到维里平衡的初始条件生成的模拟套件，对该测试进行了研究和说明。我们发现，稳定团簇（stable clustering）判据允许人们针对给定的“晕”中粒子数 N 和力平滑参数，确定可以以所需精度表示无碰撞极限的最大红移范围。我们还将我们的结果与所谓的 Layzer-Irvine 测试进行了比较，表明后者提供了一种较弱但非常有用的工具，用于约束数值参数的选择。最后，我们详细概述了如何运用这些方法来测试宇宙学模拟中所用数值参数的选择。