含非冷遗迹的线性宇宙学微扰的快速精确数值演化

我们描述了一种新方法的实现，用于数值评估非冷遗迹对宇宙学微扰演化的影响。用于计算这些遗迹对能量动量张量贡献的 Boltzmann 层级被一组积分方程取代。这些积分方程采用卷积形式，并与系统其余部分迭代求解。我们开发了使用非均匀快速傅里叶变换 (NUFFTs) 计算这些卷积的高效算法。该方法能够在不依赖晚期半解析近似的情况下，高效且准确地评估贯穿宇宙整个历史的宇宙微波背景各向异性和物质功率谱。我们在 Boltzmann 求解器 CLASS 中实现了该方法，生成了名为 CLASSIER (CLASS Integral Equation Revision) 的新代码，并将其应用于大质量中微子微扰作为演示。该实现经过优化，能够准确捕捉超视界/近视界和亚视界区域中微扰的不同行为。我们的结果与完全收敛的 Boltzmann 层级解的精度相匹配，同时避免了在有限多极处截断 Boltzmann 层级产生的数值伪影，并根据所需精度和感兴趣的尺度范围提供显著加速。这一新框架为截断 Boltzmann 层级方法提供了一种实用且稳健的替代方案，尤其适用于研究在小尺度上具有特征的超越 $\Lambda$CDM 的非冷遗迹。CLASSIER 已在 https://github.com/nanoomlee/CLASSIER 公开发布。