LambdaCDM halo 内部结构 I: 数值收敛性研究

我们 present 一套全面的收敛性测试，探讨各种数值参数对模拟暗物质 halo 平衡结构的作用。我们报告使用两个独立、最先进的、多步进、并行 N 体代码（PKDGRAV 和 GADGET）获得的结果。我们发现对于合适的引力软化、时间步长、力量精度、初始红移和粒子数的选择，可以获得收敛的质量轮廓。在软化参数选择使得粒子离散效应可忽略的情况下，圆形速度在满足以下条件的半径处可实现收敛：(i) 时间步长远小于局部轨道时间尺度；(ii) 加速度不超过由引力软化所确定的特征加速度；(iii) 包围的粒子数足够大，以致碰撞松弛时间尺度超过宇宙年龄。通常最严苛的要求来自于碰撞松弛准则对粒子数的限制，这意味着为了在密度对比可能达到 \sim 10^6 的半径处估计准确的圆形速度，需包含约 3000 粒子（或在视界半径内超过几百万粒子）。应用于一个面向星系的 \Lambda CDM halo 时，我们发现球形平均密度轮廓从视界半径向内逐渐变得更浅，在最内层解析点 $r \sim 0.005 r_{200}$ 处达到对数斜率浅于 -1.2，内层区域几乎没有收敛到幂律行为的证据。