再电离期间21厘米信号模拟中的方差抑制

当前对再电离期间21厘米信号的最佳限制来自大尺度($\gtrsim$100 Mpc)。为模拟这些尺度,需要巨大的模拟体积,这在计算上十分昂贵。我们发现这些大尺度下的主要不确定来源是样本方差,它决定了分析当前及未来观测所需模拟的最小尺寸。在大规模结构模拟中,将初始条件(ICs)‘固定’以精确遵循初始功率谱、并将两个具有完全反相ICs的模拟‘配对’的方法已被证明可显著减小样本方差。此处我们将这种‘固定与配对’(F&P)方法应用于再电离模拟,其团簇信号源于密度涨落与再电离气泡两者。利用半数值代码,我们表明采用传统方法时,要以5(10)百分之的精度在$k$=0.1 Mpc$^{-1}$处模拟大尺度团簇信号,需要$L\simeq 500$(300) Mpc的模拟盒子。使用F&P,模拟盒子可缩小2倍以获得相同精度水平。我们得出结论:采用F&P方法时计算成本至少可降低4倍。