用 COLA 十步轻松求解大尺度结构
宇宙学与河外天体物理
2013-11-22 v1
摘要
我们提出了共动拉格朗日加速（COLA）方法：一种在与遵循拉格朗日微扰论（LPT）计算轨迹的观测者共动的参考系中求解大尺度结构（LSS）的 N 体方法。与标准 N 体方法不同，COLA 方法可以直接牺牲小尺度上的精度以换取计算速度，而不会牺牲大尺度上的精度。这对于廉价地生成研究星系成团性和弱引力透镜所需的大量精确模拟暗晕星表尤为有用，因为这些星表对于进行当前和未来 LSS 巡天的详细误差分析至关重要。作为示例，我们在一个大小为 100 Mpc/h、粒子质量约为 5×10^9 M_solar/h 的盒子上运行了基于 COLA 的 N 体代码。仅用 10 个时间步长运行代码，就足以获得低至至少 10^11 M_solar/h 暗晕质量的暗晕统计的精确描述。与用 LPT 获得的模拟星表相比，这仅带来适度的速度损失。一次标准的详细 N 体运行比我们基于 COLA 的代码慢数个数量级。我们利用 COLA 获得的加速是由于我们使用 LPT 精确计算大尺度动力学，同时让 N 体代码求解小尺度，而无需其精确捕捉暗晕的内部动力学。在没有 COLA 方法的情况下，要达到类似的暗晕统计精度水平，所需的时间步长至少是使用 COLA 时的 3 倍。
引用
@article{arxiv.1301.0322,
title = {Solving Large Scale Structure in Ten Easy Steps with COLA},
author = {Svetlin Tassev and Matias Zaldarriaga and Daniel Eisenstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:1301.0322},
year = {2013}
}
备注
18 pages, 7 figures