移动网格宇宙学：星系形成的流体动力学
宇宙学与河外天体物理
2015-05-30 v2
摘要
我们在多个流体动力学测试问题上对著名的 SPH 代码 GADGET 与新的移动网格代码 AREPO 进行了详细比较。通过各种数值实验，我们建立了测试问题与星系形成宇宙学模拟中出现的系统性数值效应之间的清晰联系。我们的测试表明，SPH 方法在几个方面存在缺陷。这些精度问题不仅体现在理想化的流体动力学测试中，还会传播到更真实的星系形成模拟设置中，最终影响完整宇宙学框架下的气体性质，正如 Vogelsberger 等人（2011）和 Keres 等人（2011）的论文中所强调的那样。我们发现，GADGET 对流体不稳定性的不当处理抑制了由混合产生的熵增，低估了弯曲激波中的涡度产生，并阻碍了从下落子结构中有效剥离气体。在由内向外盘形成的理想化测试中，由于虚假的角动量传输，GADGET 中气体盘尺寸的收敛速率要慢得多。在我们追踪晕中正在形成的中心盘与轨道运行子结构之间相互作用的模拟中，最终的盘形态截然不同。在 AREPO 中，来自下落子结构的气体被迅速耗尽并并入宿主晕大气中，促进了延伸中心盘的形成。相反，在 GADGET 模拟中，气体子团块更加内聚，在撞击盘时改变了盘的形态。SPH 求解器的数值伪影在分辨率较差的流体中尤为严重，由于其层级性质，这不可避免地会影响宇宙学模拟。我们的数值实验清楚地表明，AREPO 提供了物理上更可靠的解。
引用
@article{arxiv.1109.3468,
title = {Moving mesh cosmology: the hydrodynamics of galaxy formation},
author = {Debora Sijacki and Mark Vogelsberger and Dusan Keres and Volker Springel and Lars Hernquist},
journal= {arXiv preprint arXiv:1109.3468},
year = {2015}
}
备注
32 pages, 27 figures, MNRAS accepted. Movies and high-resolution images can be found at http://www.cfa.harvard.edu/itc/research/movingmeshcosmology/