面向等质量暗物质与气体粒子的宇宙模拟粒子加载

传统的宇宙流体力学模拟通常假设暗物质粒子与气体粒子数量相等但质量不等，这会导致因能量分离引起的虚假碰撞加热。为避免此类数值加热效应，更倾向于使用等质量暗物质与气体粒子的模拟设置，其对应的粒子数比为 $N_{\rm DM}:N_{\rm gas} = \Omega_{\rm cdm} / \Omega_{\rm b}$。然而，先前的研究通常采用基于网格的粒子加载方法来准备此类初始条件，由于对称性要求，只能实现特定的 $N_{\rm DM}:N_{\rm gas}$ 比值。本研究提出一种基于玻璃方法的加载技术，能够生成更为通用的 $N_{\rm DM}:N_{\rm gas}$ 比例的双组分粒子加载。该方法通过引入相同组分粒子之间的额外斥力，同时松弛两个泊马粒子分布。我们展示，最终的粒子加载紧密遵循预期的最小功率谱 $P(k) \propto k^{4}$，表现出良好的均匀性和各向同性特性，并在引力相互作用下保持足够稳定性。两种组分 individually 也均表现出均匀且各向同性的分布。我们将该方法应用于双组分宇宙模拟，证明等质量粒子设置有效缓解了在不等质量模拟中出现的虚假碰撞加热。该方法可扩展用于生成多组分均匀且各向同性的分布。基于 Gadget-2 的代码已发布于 https://github.com/liaoshong/gadget-2glass。