提高宇宙学中微子模拟的初始化和演化精度

中微子质量约束是当前和未来大尺度结构（LSS）巡天的一个主要焦点。非线性 LSS 模型严重依赖宇宙学模拟——因此，应以现实、计算上易于处理且可控的方式将这些模拟中包含大质量中微子的影响。最近一项降低相关计算成本的提议，在初始条件中采用了一种对称的中微子动量采样策略。我们将该策略的一个修改版本实施到硬件/混合加速宇宙学代码（HACC）中，并对其内部参数进行了收敛性测试。我们说明，该方法会在小尺度上给总物质场带来 $\mathcal{O}(1\%)$ 的数值伪影，这与之前的发现类似，并提出了一种利用中微子密度场的傅里叶空间滤波来消除这些伪影的方法。此外，我们表明，收敛的中微子功率谱在相对较大的尺度上于早期并未遵循线性理论预测，偏差达到 $15\%$ 的水平，这促使对基于粒子的中微子模拟中的系统误差进行更仔细的研究。我们还提出了一种改进的方法，用于在大质量中微子宇宙学的初始条件中对线性转移函数进行反向缩放，该方法基于实现与玻尔兹曼求解器计算出的相同相对中微子增长。我们的自洽反向缩放方法在总物质增长函数上实现了亚百分比精度。在中微子质量 $m_{\nu}=0.15~\mathrm{eV}$ 下，与 Mira-Titan 仿真器的非线性功率谱比较，结果与仿真器及直接 N 体模拟中预期的误差水平非常吻合。