冷暗物质 Vlasov-Poisson 方程积分的数值极限
计算物理
2025-04-09 v3
摘要
Vlasov-Poisson (VP) 方程组描述了在集体场势的作用下，无碰撞粒子分布演化。VP 是暗物质( DM) 中宇宙密度扰动引力不稳定性研究的基础，但其适用范围也扩展到等离子体物理等其他领域。在冷暗物质的情况下，每个流体单元(或粒子) 仅关联一个速度，初始条件呈现刚性断裂。这会导致数值方法在求解 VP 时出现扩散或分布函数为负的问题。本文旨在突出这一问题，关注其技术层面的现象。通过比较不同的有限体积方法和谱方法，我们观察到尽管所有积分方案都保留了系统守恒量(例如能量)，但感兴趣的物理可观测量，即密度，未被正确重现。我们将不同 Euler 积分方案得到的密度与参考 N 体方法的结果进行比较。我们指出，解决自引力系统的 VP 方程最合适的方法是谱方法。
引用
@article{arxiv.2503.22842,
title = {Numerical limits in the integration of Vlasov-Poisson equation for Cold Dark Matter},
author = {Luca Cappelli and Giuseppe Murante and Stefano Borgani and Andrea Bulgarelli and Nicolò Parmiggiani and Massimo Meneghetti and Carlo Burigana and Tiziana Trombetti and Giuseppe Sarracino and Vincenzo Testa and Farida Farsian and Alessandro Rizzo and Francesco Schillirò and Vincenzo Fabrizio Cardone and Roberto Scaramella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.22842},
year = {2025}
}
备注
9 pages, 5 figure. Presented at PDP 2025 conference