宇宙弦引起的宇宙微波背景各向异性的快速仿真

宇宙弦是线性拓扑缺陷，可能是在极早期宇宙的对称性破缺相变中产生的。在膨胀宇宙中，因果分离区域的存在阻止了此类对称性被均匀打破，其结果必然形成宇宙弦网络。要忠实生成此类过程的观测量需要计算代价高昂的数值模拟，这阻碍了多种类型的分析。我们提出一种技术，转而快速仿真观测量，从而规避模拟。仿真是生成式建模的一种形式，通常构建于机器学习主干之上。端到端仿真常因高维度和训练数据不足而失败。因此，通常转而仿真潜表示，并由此可轻易合成观测量。小波相位谐波是宇宙学场的优秀潜表示，既作为汇总统计量又用于仿真，因为它们不需要训练且对非高斯信息高度敏感。利用小波相位谐波作为潜表示，我们开发了在单块 GPU 上于一分钟内以亚角分分辨率在 7.2 度视场内仿真宇宙弦引起的 CMB 各向异性的技术。除生成高保真仿真外，我们提供了一种确保这些观测量分布正确的技术，从而提供更具代表性的样本集合。我们仿真的统计量与在综合 Nambu-Goto 模拟上计算的统计量相当。我们的结果表明这些快速仿真方法可能适用于基于模拟的推断流水线等广泛用途。我们将代码向社区开放，以便研究人员可为其自身分析快速仿真宇宙弦引起的 CMB 各向异性。