TreeCol：一种估算天体物理模拟中柱密度的新方法

我们提出了 TreeCol，一种新的、高效的基于树的方案，用于计算数值模拟中的柱密度。了解空间中任意位置任意方向上的柱密度是对辐射在计算域中传播进行建模的前提。因此，TreeCol 构成了在大型数值模拟中对辐射衰减进行快速近似建模的基础。它在任何所需位置构建一个 HEALPix 球体，并通过遍历树并累加所有视线对所考虑像素有贡献的树节点的贡献来累积柱密度。特别是当与广泛使用的基于树的引力求解器结合时，该新方案几乎不需要额外的计算成本。在具有 $N$ 个分辨率元素的模拟中，TreeCol 的计算成本按 $N \log N$ 缩放，而不是大多数其他辐射转移方案的 $N^{5/3}$ 缩放。TreeCol 自然适应任意密度分布，并且易于实现和并行化。我们以球形原恒星核和湍流星际介质为例讨论了其精度和性能特征。我们发现 TreeCol 提供的柱密度估计平均精度优于 10%。在另一项应用中，我们计算了太阳邻域条件下的尘埃温度，并与完整的蒙特卡罗辐射转移计算结果进行了比较。我们发现两种方法给出了非常相似的结果。我们得出结论，TreeCol 提供了一种快速、易用且足够精确的柱密度计算方法，当与现有的基于树的引力求解器结合时，几乎不产生额外的计算成本。