多成分宇宙学 N 体模拟中的数值离散误差

我们基于密度功率谱作为诊断探针，详细分析了两类物质、仅引力、宇宙学模拟中的数值离散误差。在一个简单设置中，两种成分均使用相同的总物质转移函数初始化，当求解器力分辨率细于平均粒子间距时，小尺度上形成功率的偏置增长。当应用单独的密度和速度转移函数时，该人工偏置更为严重。特别地，与传统偏移网格初始条件的模拟相比，在力分辨率尺度与粒子间距匹配的收敛高分辨率结果之间，测量到功率上的显著大尺度偏移。即使当宇宙学被选为使得两种粒子成分具有相同质量时，这些偏移仍然存在，表明该误差源自总物质场的离散性而非不等的粒子质量。我们进一步研究了两种缓解离散误差的策略：冻结势方法和软化的种间短程力。前者在早期线性理论中于近似“冻结”的总物质势下演化粒子，而后者在低密区域小尺度上过滤跨成分引力相互作用。通过更接近连续极限建模，两种缓解策略均展现出大尺度功率谱偏移的显著减小。