用于含大质量中微子的莱曼 -α 森林的流体动力学模拟套件

宇宙中中性氢的存在在类星体光谱中留下的特征，使得人们能够以比实验室实验更高的灵敏度限制中微子质量之和，并可能为中微子质量层级和中微子绝对质量标度提供新的见解。通过联合参数估计程序，还可以推导出对宇宙学参数和暗能量状态方程的限制。然而，这需要对莱曼 -α (LyA) 森林中透射流量的视线功率谱进行详细建模，其尺度范围从几 Mpc 到数百 Mpc，而这反过来要求包含并仔细处理宇宙学中微子。为此，我们在此提出一套最先进的流体动力学模拟，包含冷暗物质、重子和具有质量的中微子，专门针对高红移处 LyA 森林所探测的低密度星际介质 (IGM) 区域进行建模。模拟覆盖的体积范围从 $(25\ \mathrm{Mpc}/h)^3$ 到 $(100\ \mathrm{Mpc}/h)^3$，分别使用 $3 \times 192^3 \sim 2100$ 万或 $3 \times 768^3 \sim 14$ 亿个粒子。各种运行的分辨率可以进一步提高，以便我们在 $(100\ \mathrm{Mpc}/h)^3$ 的盒子尺寸中达到相当于 $3 \times 3072^3 \sim 870$ 亿个粒子的分辨率。所选的宇宙学参数与最新的 Planck (2013) 结果兼容，尽管我们也探索了主要宇宙学和天体物理参数微小变化的影响。我们采用大质量中微子的粒子类型实现，并考虑三种简并物种，其质量分别为 $M_\nu = 0.1, 0.2, 0.3, 0.4$ 和 $0.8\ \mathrm{eV}$。我们在多个方面改进了先前的研究，特别是更新了 IGM 辐射冷却和加热过程的例程，并采用了基于 2LPT 而非 Zeldovich 近似的初始条件。