研究人员使用单独的宇宙模拟来研究暗物质的聚类

时间：2021-07-05 15:52:16 来源：

图1：单独宇宙想法的示意图。红线表示长波长物质密度扰动。这两个面板显示出最初过阵（左）和欠义区域（右）的单独宇宙模拟的结果。颜色表示具有更轻的区域的物质密度是更密集的。

使用单独的宇宙模拟技术，研究人员揭示了本地偏见的一些最精确的测量 - 确认了更多大量卤素比较小的光环更偏向的已知趋势。

在标准宇宙学模型中，暗物质占宇宙总能量预算的大约25％。然而，它无法直接观察，因为它不会发光。理解暗物质群集的方式以及形式结构的重要性至关重要，因为它将有助于我们理解观察到的星系的空间分布（应该密切遵循暗物质分布）并将其与早期宇宙物理和初始原点联系起来扰动。在这方面，MPA和全球其他机构的研究人员提出了一种模拟大规模原始扰动对在迟到时期观察到的结构的影响的新方法，所谓的单独的宇宙模拟。使用这种技术，MPA研究人员最近获得了局部偏差的一些最精确的测量，确认了更巨大的卤素比较小的光晕更加偏向的已知趋势。

暗物质组在各种结构中创建所谓的宇宙网（见图1）。最重要的组件之一是所谓的晕，这简单地代表了暗物质积累的区域。这些晕的丰富和分布非常依赖于暗物质的分布：人们还可以说晕圈分布相对于暗物质分布偏置。了解这一偏差以及物理效果影响的物理效果对光环分布的统计描述至关重要。反过来，这是非常重要的，因为目前的范式指出宇宙图示踪剂（例如星系或星系簇）优先在暗物质晕圈中居中。

为了研究暗物质聚类，物理学家传统上运行所谓的“N-Bond”数值模拟。在最简单的形式中，这些模拟在一个盒子中遵循一组粒子，从初始分布到稍后的时间，使用牛顿物理来描述演变和我们对暗物质特性的了解。这里，术语“粒子”是“质量元素”的替代品，这通常是大约几百万百万百万甚至亿万的太阳能群体，因为我们无法实现无限的质量分辨率。为了涵盖各种尺度，这些模拟必须具有大量粒子（数十亿）并且具有最大的卷（侧面上的几个GPC），这意味着它们在计算上迅速变得昂贵。

单独的宇宙模拟

单独的宇宙模拟背后的主要思想是，具有不同物质密度的宇宙贴片被视为单独的宇宙。实际上，可以表明，在模拟中的物质密度（即，用无限波长添加扰动）的物质密度施加总体均匀的改变）等同于利用不同的宇宙学参数运行模拟（例如从平到弯曲几何形状）。因此，可以将昂贵的大模拟叠加到较小的模拟中，其中每个都具有不同的物质密度并正确调整其他宇宙学参数。因此，例如，依赖性。可以以清洁的方式研究物质密度的晕圈的密度。

这种技术不仅使仿真的运行更容易，因此它也可以测量大规模扰动对较小的尺度的影响，其中发生晕和星系形成。由于整体物质密度现在是可以独立选择的参数，因此可以仅测量结构形成在该参数上的依赖性 - 与传统的N身体模拟不同，其中尺度的混合是不可避免的。因此，这是一种快速简便的方法，根据物质密度精确测量量。