宇宙学 SPH 模拟中粒子初始化对莱曼-$\alpha$ 森林统计的影响

将莱曼-$\alpha$ 森林的观测与宇宙学流体动力学模拟相比较，已对粒子暗物质模型以及星系际介质的热与电离状态给出了严格约束。我们研究此类莱曼-$\alpha$ 森林模型的稳健性，重点关注粒子初始条件对宇宙学 SPH 模拟中莱曼-$\alpha$ 森林统计的影响。我们在其他方面设计完全相同的模拟中研究多种粒子初始化算法。与文献一致，我们发现当初始未扰动气体粒子位置采用类玻璃构型、暗物质粒子采用规则网格构型、并对气体和暗物质使用非相同初始密度扰动时，可获得正确的线性理论演化。然而，我们报告这会在小尺度（$k > 0.05$ s/km）的一维莱曼-$\alpha$ 透射功率谱中引入较大的尺度依赖畸变。该效应在 $k\sim 0.1$ s/km 处接近 $50\%$，并在更高分辨率下持续存在。这会严重偏倚诸如暗物质粒子质量等参数的推断。通过考虑多种初始条件代码及其变体，我们还研究了自适应软化、背景辐射密度、粒子交错和扰动理论精度等各种其他假设与算法选择对物质功率谱、莱曼-$\alpha$ 通量功率谱和莱曼-$\alpha$ 通量 PDF 的影响。本工作揭示了朝向更精确的莱曼-$\alpha$ 森林理论模型以匹配即将到来观测质量的可能路径。