动量守恒自引力于幽灵平滑粒子流体力学代码中的实现。对称快速多极方法的并行双树遍历
天体物理仪器与方法
2026-02-06 v1
摘要
树代码通过对远端粒子群的多极展开来近似计算，是计算自引力加速度的标准方法。虽然动量守恒的快速多极方法存在，但并行化较为困难，且以往实现局限于具有固定软化长度的自引力。我们目标是为平滑粒子流体力学(SPH)中计算引力力的Dehnen动量守恒笛卡尔快速多极方法提供实用且并行的版本。我们通过复制树中每个叶节点的父节点的节点-节点相互作用来并行化双树遍历。虽然这种方法会重复工作，但大大简化了并行化，可通过对幽灵代码中先前非保守力算法的相对较小修改进行实现。我们也为自适应软化长度调整树打开准则，使得所有软化内核内的相互作用以成对方式处理(如SPH)而非使用多极展开，从而允许引力计算与SPH力评估同步进行。我们展示了新代码在机器精度下保守线性动量，同时给出类似先前(非对称)快速多极方法在幽灵中的力量精度和计算性能。新方法还给出更好的角动量和双极星体演化的轨道相位保护。对称快速多极方法现已成为公共代码中计算自引力的默认方法。
引用
@article{arxiv.2602.05804,
title = {Momentum-conserving self-gravity in the phantom smoothed particle hydrodynamics code. Parallel dual tree traversal for the symmetric fast multipole method},
author = {Yann Bernard and Timothée David-Cléris and Daniel J. Price and Mike Y. M. Lau},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.05804},
year = {2026}
}