ICE-COLA：通过优化准 $N$-体方法迈向快速且精确的合成星系目录

下一代星系巡天要求开发海量星系模拟组合以对观测量及其协方差进行建模，而使用 $N$-体模拟在计算上是不可行的。COLA 是一种旨在使此成为可行的新方法，它遵循近似动力学，但与精确 $N$-体相比速度提升高达 3 个数量级。在本文中，我们研究了在计算成本与恢复精度（如两点聚类和晕丰度等观测量）之间的折衷中代码参数的优化。我们用最先进的 $N$-体运行 MICE Grand Challenge simulation (MICE-GC) 对这些观测量进行了基准测试。我们发现，使用自 $z_i \sim 20$ 起线性间隔的 40 个时间步，以及比粒子数精细三倍的力网格分辨率，可以得到在 $k \lesssim 1\,h {\rm Mpc}^{-1}$ 范围内偏差在 $1\%$ 以内的物质功率谱，以及与 $N$-体结果偏差在 $5\%$ 以内的晕质量函数。相应地，对于 $k \lesssim 0.7\,h {\rm Mpc}^{-1}$，晕偏差精度在 $2\%$ 以内；而在红移空间中，对于 $k \lesssim 0.4\,h {\rm Mpc}^{-1}$，晕单极和四极偏差在 $4\%$ 以内。这些结果在很宽的红移范围（$0 < z < 1$）和所有研究的晕质量区间（$M > 10^{12.5} \, h^{-1} \, {\rm M_{\odot}}$）均成立。为了将聚类精度提升至百分之一水平，我们研究了重新校准晕质量和/或速度的各种方法。因此，我们提出了 COLA 代码参数的优化选择，作为最佳利用未来星系巡天的强大工具。