PyCosmo：一个集成的宇宙学玻尔兹曼求解器

随着大视场巡天提供越来越精确的测量结果，宇宙学已进入高精度阶段，需要高度精确且快速的理论预测。大多数宇宙学模型预测的核心是对控制宇宙中线性扰动演化的爱因斯坦-玻尔兹曼方程组的数值求解。我们提出了PyCosmo，一个基于Python的新框架，使用基于符号操作、C++代码自动生成和稀疏性优化的专用求解器来求解这组方程。该代码利用场方程的一个一致性关系来调整时间步长，且不依赖物理近似来加速。在回顾了待求解的一阶线性齐次微分方程组之后，我们描述了PyCosmo中实现的数值方案。然后，我们比较了该代码在计算宇宙学扰动转移函数时的预测和性能，并将其与现有的宇宙学玻尔兹曼代码进行了对比。我们发现，在相当的精度下，我们实现了可比的执行时间。虽然PyCosmo尚不具备其他代码的所有功能，但我们的方法是对现有宇宙学玻尔兹曼求解器的补充，并可作为其数值解的独立检验。PyCosmo中爱因斯坦-玻尔兹曼方程组的符号表示为实现扩展的宇宙学模型提供了一个便捷的接口。我们还讨论了PyCosmo框架如何也能作为一个通用框架，用于计算宇宙学量以及交互式和高性能批处理作业应用中的可观测量。有关PyCosmo软件包和未来代码发布的信息，请访问http://www.cosmology.ethz.ch/research/software-lab.html。