FORGE——f(R) 引力宇宙模拟器项目 I：引言与物质功率谱模拟器

我们展示了一套大型宇宙学模拟套件，即 FORGE（F-of-R Gravity Emulator）模拟套件，旨在为 $f(R)$ 引力模型下的星系成团性、弱引力透镜和星系团等宇宙学可观测量构建精确的模拟器。总共 200 个模拟使用拉丁超立方在 Planck(2018) 宇宙学参数空间周围进行探索，针对 $\bar{f}_{R0}$、$\Omega_m$、$\sigma_8$ 和 $h$ 的 50 种组合，其他所有参数固定。对于每种参数组合（或节点），我们运行了四个独立模拟，一对使用 $1024^3$ 个粒子在 $500 h^{-1} Mpc$ 的模拟盒中以覆盖小尺度，另一对使用 $512^3$ 个粒子在 $1500 h^{-1} Mpc$ 的模拟盒中以覆盖较大尺度。每对初始条件的选择使得大尺度上的样本方差平均最小化。在这项工作中，我们展示了一个在 FORGE 上训练的、精确的 $f(R)$ 引力物质功率谱模拟器。我们使用交叉验证技术验证了，对于大多数节点，特别是在所探索参数空间的中心附近，模拟器的精度在高达 $k = 10 h Mpc^{-1}$ 的尺度上优于 $2.5\%$。我们还对照未包含在训练集中的模拟检查了功率谱模拟器，并发现了极好的一致性。由于在小尺度上的高精度，FORGE 物质功率谱模拟器非常适合弱透镜分析，并能在利用当前和未来观测数据约束 $f(R)$ 引力方面发挥关键作用。