Comparing Various Approaches to Simulating the Formation of Shell Galaxies
Quinn（1984）提出的径向小合并模型成功地再现了壳星系中观测到的规则壳系统，是进行实验粒子模拟的理想模型。我们比较这样的模拟与自洽的。它们在第一代壳层的位置上非常一致，但潜在的重要影响--动力学摩擦和矮星系的逐渐衰变--在测试粒子模型中并不存在，因此我们寻找一种适当的方法来包括它们。
2011-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Recent progress in simulating galaxy formation from the largest to the smallest scales
星系形成模拟是天体物理学家和宇宙学家现代工具包的重要组成部分。天体物理学家利用这些模拟来研究宇宙大爆炸中星系群的出现，以及恒星和超大质量黑洞的形成等问题。对于宇宙学家来说，需要星系形成模拟来了解重子过程如何影响暗物质和暗能量的测量。由于星系形成的极端动态范围，新的方法使用体积和分辨率之间具有不同权衡的模拟来推动进展。大体积但低分辨率的模拟提供了最好的统计数据，而更小宇宙体积的更高分辨率的模拟可以用更自洽的物理学来发展，并揭示重要的涌现现象。我总结了星系形成模拟的最新进展，包括过去五年的主要发展，并强调了一些可能在未来十年推动进一步发展的关键领域。
2018-04-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Introducing the Illustris Project: Simulating the coevolution of dark and visible matter in the Universe
我们介绍了插图计划，一系列的大规模流体动力学模拟星系的形成。最高分辨率的模拟，插图-1，覆盖$(106.5\,{\rm Mpc})^3$的体积，具有${6.26 \times 10^{6}\,{\rm M}_\odot}$的暗质量分辨率，和${1.26 \times 10^{6}\,{\rm M}_\odot}$的初始重子物质质量分辨率。在$z=0$中，引力在$710\,{\rm pc}$的尺度上被软化，最小的流体动力气室具有$48\,{\rm pc}$的范围。我们遵循$2\times 1820^3$分辨率元素的动态演化，并且另外被动地演化$1820^3$蒙特卡罗示踪粒子，达到超过$18$十亿的总粒子计数。星系形成模型包括：原始和金属线冷却与自屏蔽修正，恒星演化，恒星反馈，气体再循环，化学富集，超大质量黑洞的生长，和活动星系核的反馈。在$z=0$，我们的模拟量包含约$40,000$良好解决的星系，涵盖了各种各样的形态和颜色，包括早型，晚型和不规则星系。模拟合理地再现了宇宙恒星形成率密度，星系光度函数，和重子转换效率在$z=0$。它还定性地捕捉了星系环境对星系红色部分的影响。选定的分辨率良好的盘星系的内部速度结构服从恒星和重子塔利-费舍尔关系与平坦的圆速度曲线。在良好的解决制度的模拟再现观察到的混合早期型和晚期型星系。我们的模型预测了一个晕质量依赖的重子效应的影响晕质量函数和质量的晕…
2014-09-20 astro-ph.CO
Formation of the large-scale structure of the Universe
在这篇综述中，宇宙的大尺度结构的形成，演化和衰变的背景下，观测数据，数值模拟和宇宙学标准模型（CSM）进行了讨论。有关测量和解释宇宙学参数，确定物质的组成，并规范化密度扰动谱的问题特别突出。
2012-09-03 astro-ph.CO
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. I: An improved chemical model
早期宇宙中大质量种子黑洞形成的直接坍缩模型试图解释在$z \sim 6$观测到的超大质量黑洞的数密度，假设它们是从质量M > 10000太阳质量的种子中生长出来的，这些种子是由原子冷却晕中的无金属气体直接坍缩形成的，其中H2冷却被强的河外辐射场抑制。该模型的可行性取决于抑制H2冷却所需的辐射场的强度，$J_{\rm crit}$：如果这太大，那么形成的种子太少，无法解释观测到的SMBH数密度。为了可靠地确定$J_{\rm crit}$，我们需要能够精确地模拟在极强辐射场照射下气体中H2的形成和破坏。在本文中，我们使用基于反应的还原技术来分析在这些条件下H2的化学性质，使我们能够确定负责确定$J_{\rm crit}$值的关键化学反应。我们构建了一个简化的26个反应的网络，使我们能够准确地确定$J_{\rm crit}$，并将其与文献中以前的治疗方法进行比较。我们发现，以前的研究往往忽略了一个或多个重要的化学反应，这些遗漏引入了高达三个因素的不确定性到以前的测定$J_{\rm crit}$。
2015-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Structure Formation in the Early Universe
宇宙结构形成的标准理论认为，宇宙今天丰富的结构是通过引力放大其早期历史中产生的微小物质密度波动而发展起来的。最近对宇宙微波背景、大尺度结构和遥远的超新星的观测非常精确地确定了宇宙的能量含量和初始密度场的基本统计数据。它已经成为可能，从早期到现在的时代结构的形成和非线性增长作出准确的预测。本文综述了宇宙结构形成理论的最新进展。我们专注于第一个宇宙学物体的形成。从国家的最先进的数值模拟结果。最后，我们讨论了第一代恒星和星系的未来观测前景。
2009-06-23 astro-ph.CO
Simulating the universe(s) II: phenomenology of cosmic bubble collisions in full General Relativity
观测到气泡宇宙之间碰撞的遗迹将为永恒膨胀的多元宇宙的存在提供直接证据;不观测到此类事件也可以为膨胀物理学提供重要的限制。要实现这些前景，就需要从永恒暴胀背后可能的标量场拉格朗日量的性质中，对可观测量进行定量预测。在以前工作的基础上，我们详细地建立了这种联系。我们进行了一个完全相对论性的数值研究气泡碰撞的现象与一个单一的标量场的模型，计算在各种各样的模型产生的共动曲率扰动。我们还构建了一组分析预测，使我们能够识别的标量场拉格朗日的现象学相关的属性。在相关区域的解析预测和数值计算之间的协议是优秀的，并允许我们推广我们的结果超出了我们采用的模型的数值研究。具体地说，签名完全由碰撞前碰撞气泡的空间轮廓和气泡中心之间的de Sitter不变距离确定。分析和数值结果支持指数$1< κ\lesssim 2$的幂律拟合。对于相同的气泡之间的碰撞，我们建立了一个下限所观察到的碰撞振幅，这是由目前的能量密度曲率。
2014-07-10 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Simulating the impact of dust cooling on the statistical properties of the intracluster medium
从恒星和星系形成的第一阶段开始，非引力过程，如冲压压力剥离、超新星、星系风、活动星系核、星系-星系合并等。导致IGM中的恒星，金属以及尘埃的富集，通过星系物质喷射到IGM中。我们现在知道，这些过程与引力一起形成了结构的形成和演化。我们在这里提出的结构形成的流体动力学模拟实施的效果，由尘埃冷却大尺度结构的形成。我们关注星系团的尺度，研究星系团的统计性质。在这里，我们提出了我们的结果上的$T_X-M$和$L_X-M$标度关系，表现出的斜率和归一化的变化时，由尘埃冷却的标准辐射冷却模型。例如，对于包括尘埃冷却的模型，在$M=10^{14}$ M $_\odot$处，$T_X-M$关系的归一化仅改变最大2%，而在$T_X=1$ keV处，$L_X-T_X$的归一化改变多达10%。我们的研究表明，尘埃是一个额外的非引力过程，有助于塑造热ICM气体的物理状态。
2009-06-22 astro-ph.CO
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. III: The influence of X-rays
直接坍缩黑洞（DCBH）模型试图解释早期宇宙中观测到的超大质量黑洞的数量密度，假设它们是从质量为$10^{4}$ - $10^{5} \: {\rm M_{\odot}}$的种子黑洞中生长出来的，这些种子黑洞是由氢原子发射冷却的无金属原星系中的气体准等温坍缩形成的。要使这个模型成立，至少在某些星系中，H $_{2}$的形成必须受到强烈的河外辐射场的抑制。DCBH种子的预测数密度对抑制H $_{2}$形成所需的紫外线（UV）通量的最小值$J_{\rm crit}$高度敏感。在本文中，我们研究了如何改变的值$J_{\rm crit}$，我们改变了一个假设的高红移X射线背景的强度。我们证实了早期的发现，即当X射线通量$J_{\rm X}$较大时，临界紫外线通量与$J_{\rm crit} \propto J_{\rm X}^{1/2}$成比例。我们还仔细探索了X射线建模方式所产生的不确定性的可能来源。我们使用基于反应的还原技术来分析H $_{2}$在X射线照射气体中的化学性质，并确定必须包括在我们的化学模型中的35个化学反应的关键子集，以便准确地预测$J_{\rm crit}$。我们进一步表明，$J_{\rm crit}$是不敏感的二次电离或他$^{+}$重组的细节是如何建模，但强烈依赖于关于柱密度的塌陷气体的假设。
2016-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Structure formation in a Dirac-Milne universe: comparison with the standard cosmological model
存在复杂的等级引力结构是观测到的宇宙的主要特征之一。在这里，结构的形成研究的标准（$Λ\rm CDM$）宇宙学模型和狄拉克-米尔恩宇宙，物质-反物质对称宇宙，是{ \gm最近}提出的替代“滑行”宇宙学方案。一维数值模拟揭示了两种模型之间的相似性和差异。虽然在狄拉克-米尔恩宇宙中结构的形成更快，但两个模型都预测它在当前纪元之前不久结束，狄拉克-米尔恩宇宙学在宇宙学红移$z \approx 3$，$Λ\rm CDM$宇宙在$z \approx 0.5$。目前的结果表明，斯隆数字巡天观测到的物质功率谱可能完全是由于相对较小的初始尺寸的物质和反物质域的非线性演化，在宇宙学红移$z =1080$的几十秒差距的顺序。
2020-10-15 astro-ph.CO
Simulating the LOcal Web (SLOW) II: Properties of local galaxy clusters
本研究介绍局域宇宙约束流体动力学模拟SLOW的星系团相关结果，通过与观测对比验证了初始条件约束的有效性，发现该模拟能复现大量局域星系团的基本特征，可独立推导流体静力学质量偏差，为星系团研究与ICM物理过程检验提供新途径。
2024-10-10 astro-ph.CO
Simulating the formation of massive seed black holes in the early Universe. II: Impact of rate coefficient uncertainties
我们调查的不确定性的化学和冷却速率系数相关的无金属气体影响我们的能力，以确定抑制H2冷却高红移原子冷却晕所需的临界紫外线场强。抑制H2冷却是气体直接坍缩并形成中等质量黑洞的必要前提。然后，这些黑洞可以作为在红移$z \sim 6$处观察到的超大质量黑洞（SMBH）生长的种子。SMBH形成的这个模型的可行性取决于临界紫外线场强度，Jcrit：如果这是太大，那么太少的种子将形成解释所观察到的SMBH的数量密度。我们在本文中，有五个关键的化学反应，其速率系数是不确定的，足以显着影响Jcrit。其中最重要的是通过与其他氢原子碰撞而产生的氢的碰撞电离，因为在与直接坍缩相关的低能量下，该过程的速率受到非常差的约束。在最坏的情况下，这个反应和其他四个反应引入Jcrit的总不确定性可能接近5倍。我们还表明，使用过时的或不适当的值的直接崩溃机制在以前的研究中的一些化学反应的速率可能会显着影响这些研究确定的Jcrit值。
2015-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating cosmological supercooling with a cold atom system II
我们进行了分析的过冷状态的早期宇宙相变的基础上的一个一维的，两个组件的玻色气体与时间相关的相互作用的模拟。我们证明了该系统的行为方式相同的热，相对论玻色气体进行一级相变。我们提出了一种方法来准备在亚稳相的系统的状态作为一个模拟在早期宇宙的过冷。虽然我们表明，在系统中的参数共振可以抑制热阻尼，我们发现，在我们的模型中的理论估计的热阻尼太弱，抑制现实的实验参数的共振。然而，我们建议在实验中研究有效阻尼率的实验是值得的。
2021-04-15 astro-ph.CO cond-mat.quant-gas hep-th
A scalar field dark matter model and its role in the large scale structure formation in the Universe
在这项工作中，我们提出了一个暗物质模型的基础上标量张量引力理论。利用这个标量场暗物质模型，我们研究了宇宙中大尺度结构的非线性演化。支配宇宙尺度因子演化的方程与适当的牛顿方程一起导出，以遵循结构的非线性演化。结果给出的功率谱，给出定量信息的大尺度结构的形成。我们所使用的初始条件与所谓的协调$Λ$ CDM模型是一致的。
2012-03-27 astro-ph.CO
Galaxy Formation Efficiency and the Multiverse Explanation of the Cosmological Constant with EAGLE Simulations
极早期宇宙的模型，包括暴胀模型，被认为会产生具有不同基本常数和宇宙参数值的不同宇宙域。利用Eagle合作组的宇宙流体动力学模拟程序，我们研究了宇宙学常数对星系和恒星形成的影响。我们模拟的宇宙的宇宙学常数的值范围从Lambda = 0到Lambda_0 = 300，其中Lambda_0是我们宇宙中的宇宙学常数的值。由于我们宇宙中的恒星形成速率在t = 3.5 Gyr时达到峰值，在加速膨胀开始之前，即使λ增加一个数量级，对恒星形成历史和宇宙效率的影响也很小。我们使用我们的模拟来预测观测值的宇宙学常数，给定的措施的多重宇宙。宇宙学常数能否被成功预测，关键取决于测量。宇宙学常数对宇宙结构形成的影响似乎并不是一个足够尖锐的λ函数来单独解释它的观测值。
2018-04-09 astro-ph.CO
The impact of dark energy on galaxy formation. What does the future of our Universe hold?
我们研究了宇宙学常数$Λ$引起的宇宙加速膨胀对宇宙恒星形成率的影响。我们利用流体动力学模拟从EAGLE套件，比较一个$Λ$ CDM宇宙的爱因斯坦-德西特模型与$Λ=0$。尽管结构的增长速度不同，我们发现，暗能量，在其观测值，对宇宙中的恒星形成的影响可以忽略不计。我们通过允许模拟向前运行到未来（$t>13.8$ Gyr）来研究这些影响。我们表明，只有当宇宙已经产生了大部分恒星质量时，$Λ$的影响才会变得显着，只会减少${\approx}15\%$形成的恒星的总同向运动密度。我们开发了一个简单的分析模型的宇宙恒星的形成率，捕获的抑制，由于宇宙学常数。这两个模型之间相似的主要原因是，来自吸积黑洞的反馈极大地减少了宇宙恒星在后期的形成。有趣的是，没有来自吸积黑洞反馈的模拟预测，由于大质量（$ > 10^{11} \mathrm{M}_{\odot}$）星系的复兴，$t>15$ Gyr的宇宙恒星形成率会上升。我们简要地讨论了宇宙恒星的形成对$Λ$在人择原理的背景下的弱依赖性的含义。
2018-05-10 astro-ph.CO
Simulating the inflationary Universe: from single-field to the axion-U(1) model
我们提出了一个非线性研究的基础上的暴胀时代的数值格子模拟。格子模拟是原初宇宙学中的一个著名工具，它被广泛地用于研究暴胀后的再加热期。我们把这种已知的机制推广到暴胀时期。由于这是在暴胀结束之前对暴胀时期的第一次模拟，论文的第一部分集中在暴胀的最小单场模型上。我们讨论了在晶格上模拟暴胀所需的概念和技术成分。模拟是用来重现近标度不变的标量扰动谱，以及在功率谱的振荡所造成的一个步骤的潜力。在第二部分中，我们重点讨论了更复杂的轴子-U（1）模型，并给出了该模型在深暴胀时期的第一个格子模拟。我们使用模拟发现新的性质的原始标量扰动从这个模型。在线性政权的理论，我们发现高阶非高斯性（超越三谱）的关键是描述标量扰动的统计特性。相反，我们发现扰动是近高斯的非线性制度的理论。这放松了现有的限制，从原始黑洞的过度生产，允许引力波信号在可观察范围内即将到来的实验，如LISA。我们的结果表明，格子模拟可以成为一个强大的工具，研究暴胀时代及其观测签名。
2022-10-30 astro-ph.CO gr-qc
The art of simulating the early Universe -- Part I
我们提出了一个全面的讨论晶格技术的标量和规范场动力学在膨胀的宇宙模拟。在回顾了闵可夫斯基和FLRW背景下标量场和规范场相互作用的连续统公式之后，我们介绍了场论离散化的基本工具，包括格点规范不变量技术。接下来，我们讨论和分类数值算法，从$O(dt^2)$精度的方法，如$staggered~leapfrog$和$Verlet$积分，到$Runge-Kutta$方法，直到$O(dt^4)$精度，以及$Yoshida$和$Gauss-Legendre$高阶积分器，精确到$O(dt^{10})$。我们适应这些方法，他们在经典的晶格模拟的非线性动力学的标量场和规范场在$3+1$尺寸的扩展网格，包括“自洽”的扩展源的体积平均的字段的能量和压力密度的情况下。我们目前的晶格配方的典型情况下：$i)$相互作用标量场，$ii)$阿贝尔$U(1)$规范理论，$iii)$非阿贝尔$SU(2)$规范理论。在所有三种情况下，我们提供辛积分器，精度范围从$O(dt^2)$到$O(dt^{10})$。对于每个算法，我们提供了相关的观测量，如能量密度分量，场谱和哈勃约束的形式。值得注意的是，我们所有的算法规范理论尊重高斯约束的机器精度，包括“自洽”扩展被认为是。作为一个数值例子，我们分析了在$SU(2)\times U(1)$下带电的振荡暴胀子的后暴胀动力学。本手稿是$CosmoLattice$的理论基础的一部分，$…
2021-05-14 astro-ph.CO gr-qc hep-lat
Simulating the H2 content of high-redshift galaxies
在星系形成的宇宙学模拟中，我们引入了一个亚网格模型来描述分子氢的非平衡丰度。我们改进了以前的工作，占分子云的未解决的结构，在一个唯象的方式结合了观测和数值结果的湍流星际介质的属性。我们将该模型应用于银河系大小的星系在z=2时形成的宇宙学模拟，并将结果与使用其他流行的计算H2平衡丰度的处方所获得的结果进行比较。在这些运行中，我们引入了恒星形成和当地H2丰度之间的明确联系，并进行了额外的模拟，其中恒星形成直接与冷气体的密度有关。在更好的协议与观察，我们发现，模拟星系产生较少的恒星和窝藏一个更大的气体库时，恒星的形成是由分子氢调节。在这种情况下，银河系是由一个年轻的恒星星族组成的，因为早期的恒星形成被抑制在小的，金属贫乏的暗物质晕中，不能有效地产生H2。在H2调节恒星形成的模型中，在z=2的星系维里半径内轨道运行的发光卫星数量减少了10%-30%。
2014-12-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity
具有多重真空的暴胀子势中的永恒暴胀理论预测，我们的宇宙是在不断膨胀的假真空中成核和生长的许多泡沫宇宙之一。我们的泡沫与另一个泡沫的碰撞可以提供一个重要的观测信号来测试这种情况。我们开发并实现了一种算法，用于精确计算气泡碰撞产生的宇宙学观测值直接从一个单一的标量场的拉格朗日。我们首先通过求解爱因斯坦方程来模拟碰撞时空，从成核开始，到再加热结束。利用碰撞的双曲对称性，模拟进行1+1维完全相对论代码，使用自适应网格细化。然后计算了开放Friedmann-Robertson-Walker宇宙中的同动曲率微扰，并利用它确定了宇宙微波背景辐射的温度各向异性.对于一个基准拉格朗日，各向异性很好地描述了从碰撞签名的中心的角距离的余弦的幂律。对于一个给定的形式的拉格朗日，由此产生的观测预测是固有的统计由于随机元素的气泡成核过程。由于我们对暴胀和预复合物理学的不完善的知识，进一步的不确定性出现了。我们通过计算四个现象学参数的概率分布来描述观测预测的特征，这些参数捕获了这些内在的和模型的不确定性。这代表了第一个完全相对论性的预测集合，从一个引起永恒暴胀的标量场模型的合奏，从以前的非相对论性近似产生显着差异。因此，我们的研究结果提供了一个基础，这些理论与宇宙学数据的严格对抗。
2014-06-23 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Simulating the LOcal Web (SLOW) -- VI: Gamma-ray Emission in the Local Universe
The University of Chicago（芝加哥大学）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Max Planck Institute for Astrophysics（马克斯·普朗克天体物理学研究所）；Univ. Lille, CNRS, Centrale Lille, UMR 9189 CRIStAL（里尔大学）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
该研究旨在估计本地宇宙中星系团和宇宙网在Fermi-LAT波段的弥漫伽马射线发射，通过首个带即时光谱CR模型 的宇宙学磁流体动力学模拟，发现CR质子加速及相关发射情况，为相关研究提供了下限参考。
2026-07-21 astro-ph.CO astro-ph.HE
A new approach for simulating PBH formation from generic curvature fluctuations with the Misner-Sharp formalism
Nagoya University（名古屋大学）
本文提出了一种基于Misner-Sharp形式主义的新方法，通过引入外insic曲率的迹作为辅助变量，解决类型II波动模拟中的发散问题，并研究了PBH形成条件和阈值。
2025-11-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Simulating the Universe(s) III: Observables for the full bubble collision spacetime
这是一系列论文中的第三篇，它们建立了暴胀标量场势场与永恒暴胀过程中产生的泡沫碰撞所留下的残余扰动之间的定量关系。本文介绍了一种新的方法来计算宇宙学观测值的数值相对论模拟的气泡碰撞在一个空间和一个时间维。该方法利用局部扰动的Friedmann-Robertson-Walker坐标曲面拼接共动超曲面。该方法扩展了以前的工作，这是有限的时空区域内的未来光锥的碰撞，并允许我们探索完整的气泡碰撞时空。我们验证了我们的新方法对以前的工作，并提出了一套完整的预测同向曲率扰动和本地负空间曲率产生的相同和不同的气泡碰撞，在单一的标量场模型的永恒的通货膨胀。在这两种碰撞类型中，对空间曲率和宇宙微波背景四极矩都有非零贡献。一些不同的气泡之间的碰撞激发壁模式，给预测的温度各向异性额外的结构。我们评论的影响，我们的研究结果为未来的观测搜索。对于不同的气泡碰撞，我们还发现，在碰撞的存在下，恒定场的表面可以重新调整，以产生空间无限的部分，成为接近均匀深入到受碰撞影响的区域。与先前的假设相反，即使在磁畴壁加速进入的气泡中，这也是正确的。
2017-02-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Simulating Galaxy Formation with the IllustrisTNG Model
我们介绍了一个更新的物理模型来模拟星系的形成和演化的宇宙学，大尺度重力+磁流体动力学模拟与移动网格代码AREPO。总体框架建立在Illustris星系形成模型的成功基础上，包括恒星形成、恒星演化、化学富集、气体的原始和金属线冷却、星系流出的恒星反馈以及黑洞形成、增长和多模反馈。在本文中，我们给出了一个全面的描述的物理和数值的进步，形成了核心的IllustrisTNG（下一代）框架。我们专注于修改后的实施银河风，其中我们修改的方向性，速度，热含量和能量标度，并探讨其对星系人口的影响。如前所述，该模型还包括一个新的黑洞驱动的动力学反馈在低吸积率，磁流体力学，并改进的数值方案。使用一套（25 Mpc $h^{-1}$）$^3$宇宙学盒，我们评估我们的基准分辨率的新模型的结果。自洽放大磁场的存在被证明有一个重要的影响，对恒星的内容$10^{12} M_{\rm sun}$晕及以上。最后，我们表明，新的星系风承诺解决的关键问题，在匹配观测约束和影响恒星的内容和大小的星系人口的低质量端确定的插图。
2017-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Warm FIRE: Simulating Galaxy Formation with Resonant Sterile Neutrino Dark Matter
我们研究了暖暗物质（WDM）宇宙学对矮星系形成的影响，通过一套宇宙学流体动力学放大模拟$M_{\rm halo} \approx10^{10}\,M_{\odot}$暗物质晕作为现实环境反馈（FIRE）项目的一部分。本文的一个主要重点是评估暗物质物理学和恒星反馈对冷暗物质（CDM）模型中发现的众所周知的小尺度问题的综合影响。我们发现在CDM和WDM模型中，星系的$z=0$恒星质量与其宿主暗物质晕形成时的中心密度$z_{\rm f}$有很强的相关性。WDM晕遵循与CDM相同的$M_{\star}(z=0)-V_{\rm max}(z_{\rm f})$关系，但它们形成较晚，中心密度较低，因此包含的星系质量小于CDM对应星系。因此，重子效应对中心引力势的影响相对于CDM来说通常是减小的。然而，WDM中延迟形成和来自恒星反馈的能量输入的组合导致暗物质轮廓具有较低的整体密度。这里研究的WDM星系比CDM中模拟的相同系统具有更广泛的恒星形成历史（SFH）多样性，并且两个最低的$M_{\star}$ WDM星系在后期形成了所有的恒星。因此，发现年轻的超微弱矮星系，没有古老的恒星形成-这在我们的CDM模拟中不存在-将提供支持WDM的证据。
2018-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating galaxy formation in f(R) modified gravity: Matter, halo, and galaxy-statistics
我们提出了一个分析的物质，晕和星系团在$f(R)$ -引力采用SHYBONE全物理流体动力学模拟套件。我们的分析重点是物质功率谱中重子反馈和$f(R)$ -重力之间的相互作用、物质和晕的关联函数、晕和星系-宿主-晕质量函数、次晕和卫星-星系计数以及模拟中恒星的关联函数。我们对$f(R)$ -引力中物质功率谱的全物理模拟研究表明，在包含重子效应的$f(R)$ -引力中，很难导出精确的功率谱增强拟合公式。我们发现，由于$f(R)$ -重力和其抑制由于反馈效应的晕质量函数的增强不显示显着的反反应效应，因此可以估计从独立的GR-氢和$f(R)$暗物质只模拟。我们的模拟还表明，每个晕的subhalos和卫星星系的数量是不显着的影响$f(R)$ -重力。低质量的晕更有可能是由星系在$f(R)$ -引力中填充的。与标准宇宙学相比，这抑制了理论中恒星的聚集和星系的关联函数。
2019-09-23 astro-ph.CO gr-qc
Simulating disc galaxy bulges that are consistent with observed scaling relations
我们提出了一个详细的光度特性的两个模拟星系和一个统一的样本观测星系的凸起之间的比较。这个分析表明，模拟的星系有凸起，其大小和大小具有真实的表面亮度。这两个场盘星系的旋转速度约为100公里/秒，并集成到一个红移为零，在一个完全宇宙学的拉姆达冷暗物质的背景下，作为高分辨率的平滑粒子流体动力学模拟的一部分。我们使用人工观测对星系进行了膨胀盘分解，以便与观测进行公平的比较。我们还对星系进行了动态分解，并将星系的恒星形成历史与整个星系的恒星形成历史进行了比较。这些恒星形成的历史表明，这些凸起主要是在z = 1之前和快速恒星形成期间形成的。这两个星系都有大量的早期恒星形成，这可能与它们测量到的相对较高的膨胀盘比有关。与几乎所有以前的宇宙学模拟不同，这些星系的真实集中的凸起不会导致非物理的高旋转速度，使它们自然地沿着观察到的塔利-费舍尔关系。
2014-02-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating cosmic structure formation with the GADGET-4 code
数值方法已成为天体物理研究的有力工具，但其实用性严重依赖于合适的模拟代码的可用性。这就要求在代码开发方面不断努力，这也是当今计算硬件基础技术快速发展所必需的。在这里，我们讨论最近的方法进展GADGET代码，这已被广泛应用于宇宙结构的形成在过去的二十年。新版本通过特殊的MPI/共享内存并行化和通信策略以及更复杂的域分解算法，在力的准确性，时间步长，适应大动态范围的时间尺度，计算效率和并行可扩展性方面提供了改进。一个明显的动量守恒快速多极方法（FMM）可以作为一种替代的单边TreePM重力求解器在早期版本中介绍。两种不同的口味的光滑粒子流体动力学，一个经典的熵守恒的制定和压力为基础的方法，支持处理气体流动。该代码是能够应付非常大的问题的大小，从而允许准确的预测宇宙结构的形成，在未来的宇宙学精度测试的支持，并在同一时间是很好地适应高动态范围的缩放计算与极端变化的粒子数密度在模拟量。GADGET-4代码向社区公开发布，包含用于实时群和子结构查找和跟踪的基础设施，以及合并树的构建，辐射冷却和恒星形成的简单模型，高动态范围功率谱估计器，以及基于二阶拉格朗日摄动理论的初始条件生成器。
2021-08-18 astro-ph.CO astro-ph.IM
Simulating the Universe with MICE: The abundance of massive clusters
我们介绍了一套新的大型N体运行，MICE模拟，提供了一个独特的组合非常大的宇宙体积与良好的质量分辨率。它们遵循的是约85亿个粒子（2048^3）的引力演化过程，其体积可达450（Gpc/h）^3。我们的主要目标是精确地建模和校准即将到来的天文调查将使用的基本宇宙学探测器。在这里，我们利用非常大的体积的MICE作出一个强大的采样晕质量函数（MF）的高质量尾部。我们讨论和避免可能的系统效应在我们的研究，并做了详细的分析，不同的误差估计。我们发现，可用的晕局部丰度拟合（Warren et al.（2006））与MICE中高达M ~ 10^{14} \Msun的丰度匹配良好，但对于更大的质量存在显著偏差，在M = 3.16 x 10^{14} \Msun（10^{15} \Msun）时，将质量函数低估了10%（30%）。类似地，广泛使用的Sheth & Tormen（1999）拟合，如果外推到假设普适性的高红移，则对于M ~ [7 - 2.5 - 0.8] x 10^{14} \Msun（$ν= δ_c/σ~ 3$），在z=0，0.5，1处的星系团丰度分别被低估了30%，20%和15%。我们提供了一个在质量上超过5个数量级有效的晕MF的重新校准，10^{10} < M/（\Msun）< 10^{15}，准确地描述了它的红移演化到z=1。我们探讨了这种重新校准对暗能量测定的影响，并得出结论，…
2009-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating the effect of photoheating feedback during reionization
我们提出了自洽的辐射流体动力学模拟的氢再电离与Arepo-RT补充了国家的最先进的星系形成模型。我们研究如何光热反馈，由于再电离，形状的星系属性。我们的基准模型完成再电离的$z\approx6$和匹配观测的Ly $α$森林，CMB电子散射光学厚度，高红移紫外光度函数，和恒星质量函数。与以前的工作相反，光加热抑制恒星形成率超过$50\%$只在晕小于$\sim10^{8.4}\ M_\odot$（$\sim10^{8.8}\ M_\odot$）在$z=6$ $(z=5)$，表明效率低下的光加热反馈的光子在星系内。与我们的基准模型相比，在$z\approx10.7$中使用均匀的紫外线背景加热气体会产生更早的恒星形成抑制。这种差异可以通过采用具有更真实的再电离历史的UV背景模型来减轻。在没有恒星反馈的情况下，光加热只能使质量小于$\sim10^9\ M_\odot$的晕在$z\gtrsim5$熄灭，这意味着光加热反馈在调节恒星形成方面是次主导的。此外，恒星反馈，实现了非本地星系风计划的模拟，削弱了光加热反馈的强度，减少恒星源的数量。最重要的是，光加热不会在紫外光度函数、恒星质量函数或宇宙恒星形成率密度中留下可观测的印记。因此，使用这些观测值来检测再电离印记的可行性需要进一步研究。
2019-06-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
The art of simulating the early Universe. Part II. Non-canonical cases & gravitational waves
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Department of Physics and EHU Quantum Center, UPV/EHU（巴斯克国立大学物理系与EHU量子中心）；CEICO-FZU, Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；SISSA – International School for Advanced Studies（国际高等研究院）；INFN, Sezione di Trieste（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）
本文讨论了非标准场论和引力波动力学的晶格模拟方法及实现，为CosmoLattice v2.0提供理论基础。
2026-01-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Influence of a quasi-molecular mechanism of recombination on the formation of hydrogen in the early universe
在准分子理论框架下，对宇宙演化过程中复合前阶段氢原子的形成进行了定量分析。绝热多级表示的计算使得能够估计辐射跃迁的概率。复合的准分子机制允许氢分子离子$H_2^+$在其基态下形成。这个过程的概率与氢原子产生的概率相当。第二个质子参与复合增加了电子的结合能，降低了氢的复合速率。
2020-08-03 astro-ph.CO physics.atom-ph
The star-formation history of the Universe with the SKA
射电波长提供了追踪星系中恒星形成总速率的独特可能性，无论是模糊的还是清晰的。因此，它们可以提供宇宙恒星形成历史的最可靠的测量。在本章中，我们强调了SKA可以对宇宙的恒星形成历史的演变，所需的调查区域，以克服样本方差，空间分辨率的要求，以及多波长的辅助数据，将发挥重要作用，在最大限度地提高SKA的科学承诺。所需的深度和分辨率的组合意味着，追踪宇宙中恒星形成的调查应该使用分辨率至少为~ 0.5角秒的设施进行，在< 1 GHz时具有高灵敏度。我们还提出了一个战略，将使新的参数空间进行探索的SKA扩展在未来十年。
2014-12-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Simulating Deep Hubble Images With Semi-empirical Models of Galaxy Formation
我们模拟从哈勃太空望远镜（HST）使用半经验模型的星系形成只有几个基本的假设和参数的深图像。我们将我们的模拟一直投射到观测域，将宇宙学和仪器效应添加到图像中，并以与真实HST图像相同的方式（“前向建模”）分析它们。这是一个强大的工具，用于测试和比较星系演化模型，因为它使我们能够在预测和观察到的星系属性分布之间进行无偏比较，同时自动考虑所有相关的选择效应。我们的半经验模型填充每个暗物质晕与确定的恒星质量和尺度半径的星系。我们使用恒星星族合成模型计算每个模拟星系的光度和光谱。我们计算的内在散射的恒星质量晕质量的关系，自然导致强制执行一个单调增加的恒星质量沿合并历史的每个晕。模拟的星系图像是从斯隆数字巡天的真实星系中截取的，其大小和通量被重新调整以匹配模型星系。星系的亮度、大小和表面亮度的分布依赖于模型中的可调参数，并且在这些参数的合理值下与观测结果吻合得很好。测量的星系星等和大小有显著的星等依赖性偏差，两者都被低估了星等检测极限附近。检测到的星系比例和检测到的光比例也敏感地取决于模型的细节。
2015-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Phase-space simulations of prompt cusps: simulating the formation of the first haloes without artificial fragmentation
本文开发了基于暗物质相空间片的新模拟方法，消除了人工团块，证实第一代晕坍缩时确实会迅速形成密度ρ∝r^-1.5的瞬现尖峰，并指出剔除受人工团块影响的区域后可安全使用N体模拟研究其结构。
2023-09-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmic voids and the kinetic analysis. III. Hubble tension and structure formation in the late Universe
本文采用 Vlasov 动力学自洽场方法，引入含宇宙学常数排斥项的修正引力势，研究晚期宇宙结构形成，给出半周期引力结构的形成判据与尺度预测，并解释哈勃张力及局域纤维结构的确定性形成机制。
2023-09-21 astro-ph.CO gr-qc
Formation of Population III Stars in a flat FLRW Universe
与一般人的看法不同的是，基于爱因斯坦广义相对论的一阶宇宙学扰动理论解释了在平坦的弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃克宇宙中，在物质和辐射解耦后，无论是否存在冷暗物质，大质量原始恒星的形成。密度扰动的增长率取决于收缩过程中扰动的热损失，但与粒子质量无关。相对论性的金斯质量确实依赖于粒子的质量。如果冷暗物质粒子的质量等于质子的质量，那么相对论性的金斯质量就等于3500个太阳质量，而经典金斯质量则要大145倍。
2010-09-20 astro-ph.CO gr-qc
Exploring the Dark Age: Star and Galaxy formation in the Early Universe
本研究探讨了宇宙黑暗时代的星系际介质热力学、分子氢冷却与引力坍缩，分析了Ly$α$和[C II]发射线作为早期星系演化诊断手段的作用，为解释高红移观测提供了理论框架。
2024-12-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Structure formation in the local Universe and the cosmological constant
本文在含宇宙学常数的弱场修正广义相对论框架下研究局部宇宙结构形成，解释哈勃张力源于局部与全局两种流，并预言局部纤维结构的半周期性，同时探讨宇宙学常数在共形循环宇宙学中的作用。
2025-02-05 astro-ph.CO gr-qc
Structure Formation in the Early Universe
研究了平坦Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker宇宙在辐射占优时代和物质与辐射退耦后时代的能量密度和粒子数密度扰动的演化.对于大规模的扰动的结果是根据文献中的治疗。对于小尺度扰动，差别是显著的。首先，在辐射主导的时代，小尺度扰动的增长与时间的平方根成正比。其次，由于引力的作用，冷暗物质粒子数密度的扰动与总能量密度的扰动耦合在一起。这意味着只有在物质和辐射解耦之后，结构的形成才可能成功地开始。最后，在解耦后，密度扰动是非绝热演化的，即，它们与周围的环境交换热量。这种热交换可能提高了它们质量的增长率，足以解释早期宇宙中的结构形成，这是一种无法从绝热密度扰动中理解的现象。
2021-03-07 astro-ph.CO gr-qc
Soliton foam formation in the early Universe
该研究通过数值模拟暴胀后阶段的标量场演化，基于暴胀期量子涨落得到的初始条件，发现早期宇宙可无需热相变形成由闭合畴壁、宇宙弦边界畴壁和标量辐射构成的“孤子泡沫”结构，并探讨了其宇宙学意义。
2025-01-13 astro-ph.CO hep-th nlin.PS
Palatini-Born-Infeld Gravity, Bouncing Universe, and Black Hole Formation
我们考虑Born-Infeld引力的Palatini形式。在Palatini形式中，传播模仅为引力子，这与度规形式中的情形不同。我们利用一个有效势讨论了FRW宇宙学。特别是我们考虑的条件，反弹可能发生。我们还对黑洞的形成作了一些推测
2016-01-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Formation, Gravitational Clustering and Interactions of Non-relativistic Solitons in an Expanding Universe
研究了膨胀宇宙中自相互作用非相对论性标量场中孤子的形成、引力成团和相互作用。大量孤子的快速形成是由场的吸引自相互作用驱动的，而孤子的缓慢聚集是由引力驱动的。在引力的驱使下，我们看到了孤子“气体”中丰富的动力学过程，包括合并、散射和孤子双星的形成。数值模拟的补充分析计算和估计（i）相关的不稳定性长度和时间尺度，（ii）个人孤子的配置文件和他们的稳定性，（iii）产生的孤子的数密度，和（iv）两个点的关联函数的孤子位置作为证据的引力集群。
2019-08-28 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Separate Universes Do Not Constrain Primordial Black Hole Formation
卡尔和霍金证明了被平坦的FRW宇宙包围的球形过密区域的适当大小不可能是任意大的，否则该区域会自我封闭并成为一个独立的宇宙。从这个结果中，他们得出了一个连接过密区域的大小和密度的条件，确保它是我们宇宙的一部分。卡尔利用这个条件得到了密度波动幅度的上限，并得出了这样的结论：对于较小的幅度，原始黑洞的形成是可能的，而较大的幅度则表明存在一个独立的宇宙。相比之下，我们发现，最大值的出现并不是避免分离宇宙的结果，而是自然产生于所选切片的几何形状。用一个体积涨落变量代替密度揭示了涨落是一个独立的宇宙当且仅当这个变量在超视界尺度上发散。因此，卡尔和霍金的条件并没有对密度涨落造成物理约束。原始黑洞形成的初始曲率波动幅度大于对应的最大密度波动幅度的动力学以前没有被详细考虑，所以我们比较它的振幅较小的著名的情况下，通过提出嵌入和共形图的两种类型的尘埃时空。
2011-06-17 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The universe formation by a space reduction cascade with random initial parameters
在这篇论文中，我们讨论了创造我们的宇宙使用额外的维度的想法。初始的多维拉格朗日量只包含度量张量。我们已经发现了许多套拉格朗日参数的数值，对应于我们宇宙中观测到的低能物理。通过适当选择降维级联，不同的初始参数可以得到相同的基本常数值。这一结果减少了寻找"唯一的"初始拉格朗日量的意义。我们还获得了大量的低能真空，这在弦论中被称为"景观"。
2012-01-29 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
