GPU驱动的再电离模拟 I：紫外辐射场的结构

我们提出了一组带有辐射传输的宇宙学模拟，以模拟宇宙的再电离历史。星系形成及其相关的恒星形成使用RAMSES代码与气体和暗物质动力学自洽地追踪，而辐射传输则作为后处理步骤，使用ATON代码中基于矩的方法和M1闭合关系进行。后者已被移植到使用CUDA + MPI的多图形处理单元（GPU）架构上，实现了总体加速（x80），使我们能够处理分辨率高达1024^3 + 2级细化（用于流体自适应网格）和1024^3（用于辐射传输笛卡尔网格）的辐射传输问题。我们观察到，只要适当考虑有限分辨率对恒星形成历史的影响，我们的不同分辨率运行之间具有良好的收敛性。我们还表明，只要在背景辐射模型中包含自屏蔽效应，中性分数与总质量密度的关系就接近于光电离平衡的预测。然而，我们仍然未能重现z=6时对H中性分数和紫外背景强度的约束。为了解释未解析的密度涨落，我们添加了一个简单的团块因子模型。使用我们空间分辨率最高的模拟（12.5 Mpc/h-1024^3）来校准我们的亚网格模型，我们重新模拟了最大的盒子（100 Mpc/h 1024^3），成功重现了z=6时观测到的H中性分数水平。我们没有重现从相同观测推断出的光电离率。我们认为，这种差异可以通过以下事实解释：平均辐射强度和平均中性分数依赖于气体密度分布的不同区域，因此一个量不能简单地从另一个量推导出来。