N-body simulations, halo mass functions, and halo density profile in $f(T)$ gravity
我们使用ME-Gadget程序对$f(T)$引力进行N体模拟,以首次详细研究结构形成过程。聚焦于幂律模型,考虑到模型参数在1 $σ$内与所有其他宇宙学数据集(如SNIa,BAO,CMB,CC)一致,我们证明了$Λ$ CDM宇宙学和$f(T)$引力之间存在明显的观测差异,这是由于后者在哈勃函数演化和有效$Newton\prime s$常数方面所带来的修改。我们提取了当前低密度位置周围的物质密度分布、物质功率谱、胞内计数、晕质量函数和过剩面密度。在物质功率谱方面,我们发现与$Λ$ CDM方案的差别,约2/3是由于不同的膨胀,约1/3是由于有效的引力常量。此外,我们发现细胞的差异,这是显着大于泊松误差,这可能是可区分的弱透镜重建的质量地图。此外,我们发现,有不同的质量晕与质量$M>10^{14}M_{\odot}/h$,这可能是区别与统计测量的集群数计数,我们发现,ESD周围的LDPs是温和的不同。总之,突出可能的吸烟枪,我们表明,大尺度结构确实可以使我们区分广义相对论和$Λ$ CDM宇宙学从$f(T)$引力。
2022-04-14 astro-ph.CO
Fast full $N$-body simulations of generic modified gravity: derivative coupling models
我们提出了MG-GLAM,一个代码开发的非常快速的生产全$N$体宇宙学模拟在修改后的重力(MG)模型。我们描述的实施,数值试验和第一个结果的一个大套件的宇宙学模拟两大类的MG模型与衍生耦合项-Vainshtein和Kmouflage型模型-分别具有Vainshtein和Kmouflage筛选机制。MG-GLAM源自并行粒子-网格程序GLAM,采用高效的多重网格松弛技术来求解这些模型的特征非线性偏微分方程。对于Kmouflage,我们提出了一种新的松弛求解算法,并运行了模型的第一次模拟,以了解其宇宙学行为。在一个配套文件中,我们描述了这个代码的版本开发的共形耦合MG模型,包括几个变种的$f(R)$重力,EQUIRON模型和耦合的精髓。总而言之,MG-GLAM到目前为止已经实现了大多数MG模型的原型,并且广泛而通用。该代码是高度优化的,当与早期的$N$体代码比较其运行时间时,具有巨大的(超过两个数量级)加速,同时仍然给出物质功率谱和暗物质晕丰度的准确预测。MG-GLAM非常适合生成大量的MG模拟,这些模拟可用于构建模拟星系目录和精确的模拟器,用于正在进行的和未来的星系调查。
2021-10-01 astro-ph.CO
Cosmological gravity on all scales II: Model independent modified gravity $N$-body simulations
迄今为止,修正重力模型的模型无关约束主要存在于线性尺度上。最近开发的形式主义提出了一个一致的参数化,是有效的所有尺度。使用这种方法,我们进行模型无关的修改后的重力$N$体模拟的所有宇宙尺度与时间相关的$μ$。我们提出了我们的模拟的收敛性测试,我们研究如何以及现有的拟合函数再现非线性物质的模拟功率谱。我们发现,尽管在我们模拟的参数空间上,所有拟合函数的准确性都存在显着变化,但ReACT框架为物质功率谱提供了最一致的性能。我们评论如何将其提高到未来调查所需的水平,如欧几里得和维拉鲁宾望远镜(LSST)。我们还展示了如何在我们的方法中从模拟的物质功率谱中一致地计算弱透镜观测量,并表明ReACT在拟合弱透镜观测量时也表现最好。这为使用即将进行的调查的所有数据进行完全独立于模型的修正重力测试铺平了道路。
2021-03-08 astro-ph.CO gr-qc
Speeding up $N$-body simulations of modified gravity: Chameleon screening models
我们描述和展示了一种新的和非常有效的方法来模拟某些类别的修改后的重力理论,如广泛研究的$f(R)$重力模型的潜力。由于高度非线性的偏微分方程需要精确求解才能预测修正后的引力,因此对这种模型的高分辨率模拟目前非常缓慢。这种非线性部分是固有的,但也加剧了特定的数值算法,它采用了变量的重新定义,以防止数值不稳定性。用于解决该问题的标准牛顿-高斯-赛德尔迭代法具有较差的收敛速度。我们的新方法不仅避免了这一点,而且还允许离散方程以解析可解的形式写出。我们表明,这种新方法大大提高了性能和效率的$f(R)$模拟。例如,在一个尺寸为$512 \, \mathrm{Mpc}/h$的盒子中使用$512^3$粒子的测试模拟现在比以前快5倍,而$f(R)$重力的千禧分辨率模拟估计比旧方法快20倍以上。我们的新实现将是特别有用的运行非常高的分辨率,大规模的模拟,迄今为止,只有可能的标准模型,也使得它可行的运行大量的低分辨率模拟协方差分析。我们希望这种方法将把我们带到一个精确宇宙学引力测试的新时代。
2017-03-12 astro-ph.CO
Modified Gravity N-body Code Comparison Project
自洽的${\it N}$体模拟的修改后的重力模型是一个关键的组成部分,以获得严格的约束偏离广义相对论使用大尺度结构的意见。本文提供了第一个详细的比较结果的不同${\it N}$体代码的$f(R)$,DGP和对称模型,从相同的初始条件。我们发现,从$Λ$ CDM同意的物质功率谱的分数偏差比$1\%$高达$k \sim 5-10~h/{\rm Mpc}$之间的不同代码。因此,这些代码能够满足即将进行的观测调查的严格精度要求。所有程序对速度散度功率谱、晕丰度和晕剖面的计算结果也是一致的。我们还测试了准静态限制,这是在大多数修改后的重力${\it N}$体代码,对称模型,其中最显着的非静态效应之间的模型考虑的预期。我们的结论是,这个限制是一个很好的近似所有的观察在这里考虑。
2015-09-29 astro-ph.CO gr-qc
A study on Cubic Galileon Gravity Using N-body Simulations
我们使用N体模拟来研究立方Galileon引力模型中的结构形成,其中除了通常的动力学和势项之外,我们还具有更高的导数自相互作用项。我们发现,这种大尺度结构为该模型提供了独特的约束力。测量了物质功率谱、晕质量函数、星系-星系弱透镜信号、标记密度功率谱以及胞内计数。模拟结果表明,与相应的$Λ$ CDM模型相比,立方Galileon引力模型中的质量晕较少,两种模型的标记密度功率谱相差$10\%$以上。此外,与$Λ$ CDM相比,立方Galileon模型显示出空隙的显著差异。Cubic Galileon模型中低密度胞的数量远高于$Λ$ CDM模型中的低密度胞的数量。因此,利用未来的大尺度结构观测,特别是在空洞区域,对该模型施加约束将是有趣的。
2020-07-23 astro-ph.CO gr-qc
MG-NECOLA: Fast Neural Emulators for Modified Gravity Cosmologies
Universidad del Valle(谷大学);Michigan Technological University(密歇根理工大学);Center for Computational Astrophysics(计算天体物理中心)
MG-NECOLA利用卷积神经网络加速修正引力模拟,以极低成本达到近N体精度,在非线性尺度上误差小于1%,并稳健泛化至有质量中微子场景,为大规模高保真模拟集成提供实用工具。
2025-10-23 astro-ph.CO
Initial conditions for cosmological N-body simulations of the scalar sector of theories of Newtonian, Relativistic and Modified Gravity
我们提出了一个描述设置初始粒子位移和字段值的任意度量理论的重力模拟,完美和不完美的流体具有任意特性。我们将泽尔多维奇近似推广到非平凡的引力理论,并展示了尺度依赖性如何意味着弯曲的粒子路径,即使是在完全线性的扰动状态下。对于修正引力的有效场论的可行选择,在Mpc尺度下,设定在高红移的初始条件受到高达5%的影响,这证明了超越Λ-冷暗物质初始条件对于准静态近似之外的引力修正的重要性。此外,我们展示了模拟的初始条件,其中重力的标量修改建模在拉格朗日粒子状描述。我们的描述为在超越标准模型的引力理论下进行模拟和模拟星系目录铺平了道路,这对引力和宇宙学的精确测试至关重要。
2015-09-22 astro-ph.CO gr-qc hep-th
$N$-body simulations for parametrised modified gravity
我们提出了$\texttt{MG-evolution}$,一个$N$体代码模拟宇宙结构的形成参数化修改的重力。它是建立在参数化的线性理论与参数化的深度非线性宇宙学制度的组合,从修改后的球形塌缩计算,覆盖了已知的筛选机制的范围外推。我们测试$\texttt {MG-evolution}$,它运行在传统的$Λ$ CDM模拟的速度,对一套现有的确切的模型特定的代码,包括线性化和变色龙$f(R)$重力以及正常分支的Dvali-Gabadadz-Porrati braneworld模型,因此涵盖了大字段值和大导数屏蔽效应。我们比较的非线性功率谱产生的参数化和模型特定的方法在整个范围内的规模设置的盒子大小和分辨率的模拟,$k=(0.05-2.5)$ ~h/Mpc,并为两个红移切片,$z=0$和$z=1$。我们发现子百分之一到百分之一的水平恢复的所有功率谱产生的模型特定的代码的全范围的尺度。$\texttt {MG-evolution}$可用于广义和准确的重力和暗能量的测试,随着未来十年内高精度宇宙学调查数据的不断增加。
2022-05-02 astro-ph.CO gr-qc
The Two Body Problem in the Presence of Dark Energy and Modified Gravity: Application to the Local Group
我们探索质量估计的本地集团通过使用简单的,动态的“定时参数”的背景下,各种理论的暗能量和修改的重力:宇宙学常数,一个完美的流体与恒定的状态方程$w$,精粹(最小耦合标量场),MOND,和介子(耦合标量场)。我们探讨一般的耦合标量场理论,作为一个明确的例子,与介子模型。我们发现,理论,试图消除暗物质拟合旋转曲线产生的时间参数的质量估计是不兼容的发光质量的星系。假设星系正在接近它们的第一次相遇,MOND给出了大约$2.7\times 10^{10} M_\odot$,大约是LG发光质量的10%,尽管在MW和M31之间的先前飞越事件中可以获得更高的质量。玻色子模型表明,如果没有额外的暗物质($\mathcal{O}(10^{12}) M_\odot$),质量太高而无法解释,这表明在这个模型中存在质量缺失的问题。我们还表明,在$H_0$测量的紧张局势可以产生的不确定性,在本地集团质量估计的观测不确定性的分离和相对速度的星系,从$4.5 - 5.4 \times 10^{12} M_{\odot}$变化$h$之间的质量值为0.67和0.76。
2020-08-07 astro-ph.CO
N-body Simulations for f(R) Gravity using a Self-adaptive Particle-Mesh Code
基于自适应粒子-网格程序MLAPM,我们对f(R)引力进行了高分辨率N体模拟。通过自洽求解标量场的非线性方程,充分考虑了在小尺度上恢复广义相对论的变色龙机制。我们独立地确认了Oyaizu等人(Phys.Rev.D 78,123524,2008)和Schmidt等人(Phys. Rev.D 79,083518,2009)之前的模拟结果,包括物质功率谱、晕质量函数和密度分布,并将分辨率扩展到k~20 h/Mpc用于测量物质功率谱。基于我们的模拟结果,我们讨论了变色龙机制如何影响的暗物质和晕的集群在全非线性尺度。
2010-11-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
PySCo: A fast Particle-Mesh $N$-body code for modified gravity simulations in Python
Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);Université Paris Cité(巴黎西岱大学);CEA(法国原子能和替代能源委员会);CNRS(法国国家科学研究中心);AIM(天体物理研究所);Institute of Space Sciences (ICE, CSIC)(空间科学研究所(西班牙高等科研理事会));Laboratoire Univers et Théorie, Observatoire de Paris, Université PSL(巴黎天文台宇宙与理论实验室(巴黎文理研究大学))
PySCo是一种用于修改引力模拟的快速Python N体代码,提供高效的粒子-网格求解器和多种宇宙学模型的模拟能力。
2026-01-07 astro-ph.CO
KGB-evolution: a relativistic $N$-body code for kinetic gravity braiding models
University of Oslo(奥斯陆大学);University of Nova Gorica(新戈里察大学)
本文提出相对论性N体模拟代码KGB-evolution,通过有效场论参数化纳入动引力编织并兼容k-essence极限,验证了其线性功率谱准确性,并揭示非线性尺度上编织效应显著增强暗能量反馈、改变宇宙结构形成。
2025-11-06 astro-ph.CO gr-qc physics.comp-ph
Spin-spin Interactions in General Relativity versus Linearized Massive Gravity: $N$-body Simulations
本研究首次开展Fierz-Pauli型线性化有质量引力下的N体自旋-自旋相互作用模拟,对比广义相对论结果,验证了两类理论中自旋取向及总自旋演化的离散差异,填补了N体系统有质量引力自旋模拟的研究空白。
2024-08-16 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmic Degeneracies I: Joint N-body Simulations of Modified Gravity and Massive Neutrinos
我们提出了第一套宇宙学N体模拟,同时包括两个不同的和理论上独立的扩展的标准$Λ$ CDM宇宙学方案的影响-即修改重力(MG)的$f(R)$理论和大质量中微子的宇宙学背景-目的是调查他们可能的观测简并。我们专注于三个基本统计的大规模的物质分布,更具体地说,非线性物质的功率谱,晕质量函数,和晕偏置,我们确定的偏差相对于基准$Λ$ CDM宇宙学的背景下,单独和联合模拟的$f(R)$ MG和大规模中微子的情况。我们的研究结果表明,虽然这两个扩展模型分别确定非常突出的和潜在的检测功能,在所有三个统计,当我们允许他们同时在工作这些功能被强烈抑制,导致从标准模型的预测弱得多的偏差。特别是,当一个$f(R)$重力模型与$f_{R0}=-1\times 10^{-4}$结合的总中微子质量为$Σ_{i}m_{ν_{i}}=0.4$ eV,所得到的物质功率谱,晕质量函数,并在z=0的偏差被发现是一致的标准模型的预测在10%,20%和5%的精度水平,分别。因此,我们的结果意味着在没有实验室实验中中微子质量的独立测量的情况下,对于这些广泛考虑的标准宇宙学场景的扩展,当前和未来观测数据集的有效区分能力存在内在的理论限制,即使高红移演化仍然可能允许部分打破简并。
2014-02-05 astro-ph.CO gr-qc
Two-body collapse model for self-gravitating flow of dark matter and generalized stable clustering hypothesis for pairwise velocity
对于非线性引力坍缩,很难找到分析工具。到目前为止,只有一些简单但功能强大的工具。两个例子是球形塌陷模型(SCM)和稳定聚类假设(SCH)。我们提出了一个新的分析工具,一个两体坍缩模型(THEMS),它在动力学中起着与谐振子相同的基本作用。为方便起见,TdR是在具有固定阻尼的静态背景中(对于牛顿重力,$n$ =-1),针对具有任何势指数$n$的重力用公式表示的。引力、膨胀背景(或阻尼)和角动量之间的竞争将两体坍缩分为:1)自由落体坍缩,如果同一系统在更早的时间开始坍缩,则自由落体时间更长; 2)平衡坍缩,持续时间更长,其微扰解导致系统能量和动量的幂律演化。确定了两个临界值$β_{s1}=1$和$β_{s2}=1/3π$,它们量化了阻尼和重力之间的竞争。值$β_{s2}$仅存在于势指数$n=(2-6m)/(1+3m)=$-1、-10/7.的离散值中。对于整数$m$。当$n$ =-1时,得到了与SCM一致的临界密度比($Δ_c=18π^2$)。THERM预测了尺寸为$r$的二体系统的角速度$\propto Hr^{-3/2}$。等温密度是极快的质量吸积的结果。TMF能够显示SCH,即平均成对速度(一阶矩)$\langleΔu\rangle=-Hr$。针对高阶矩$\langleΔu^{2m+1}\rangle=-(2m+1)\langleΔu^{2m}\rangle Hr$提出了一种广义S…
2022-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
ISIS: a new N-body cosmological code with scalar fields based on RAMSES. Code presentation and application to the shapes of clusters
标准宇宙学模型的几个扩展包括标量场作为基础引力理论中的新自由度。这些标量场理论中的一个特殊类别包括屏蔽机制,旨在将标量场隐藏在太阳系的观测极限以下,但不是在银河系尺度上,数据仍然可以自由地找到它们存在的可能特征。为了使预测与来自星系和星系团尺度(即在宇宙演化的非线性制度)的观测结果进行比较,宇宙学N体模拟是必要的,为此,必须开发能够求解标量场的代码。我们提出了一个新的实施标量张量引力理论,其中包括屏蔽机制。该代码基于现有的代码RAMSES,我们在其中添加了一个非线性多重网格求解器,可以处理一大类修改引力的标量张量理论。作为新程序的应用,我们研究了两种特殊的修正引力理论,即Dracion引力理论和$f(R)$引力理论对团簇大小的暗物质晕形状的影响,并发现了与以往静态分析结果一致的结果。
2014-09-03 astro-ph.CO gr-qc
A Fast Route to Non-Linear Clustering Statistics in Modified Gravity Theories
我们提出了一个简单的和计算速度快的方法进行N体模拟的一大类修改后的重力理论与筛选机制,如变色龙,duprons和伽利略。通过结合线性Klein-Gordon方程的屏蔽因子,计算从球对称配置的解析解,我们得到一个修改后的场方程,其解决方案是精确的线性政权,而在同一时间考虑到屏蔽非线性尺度。由此产生的修改后的场方程保持线性,可以像泊松方程一样快速求解,而不会出现求解完整方程时可能出现的任何收敛问题。我们测试我们的方法与N体模拟,并发现它比较非常好的充分模拟以及进入非线性政权。
2015-06-19 astro-ph.CO gr-qc
The Imprint of f(R) Gravity on Non-Linear Structure Formation
我们使用N体模拟和Kopp等人2013年开发的理论模型测试了f(R)修正引力对晕质量函数的影响。我们发现理论和模拟之间有很好的一致性。我们将理论模型推广到条件质量函数,并将其应用于f(R)引力线性晕偏差的预测。使用晕模型,我们得到的非线性物质功率谱的预测准确到~10%,在z=0和高达k= 2 h/Mpc。我们还研究了f(R)模型的晕轮廓,发现与标准广义相对论结果的偏差高达40%,这取决于晕质量和红移。这一点在以前的分析中没有指出。最后,我们研究了这些f(R)N体模拟中确定的空洞的数密度和轮廓。我们强调了偏差和取样的影响,以识别空隙。我们发现当测量f(R)空隙轮廓时,fR 0 <-10 ^{-6},与GR有显著的偏差。
2015-11-04 astro-ph.CO gr-qc
Stars and (Furry) Black Holes in Lorentz Breaking Massive Gravity
我们使用有效理论方法研究一类洛伦兹破缺大质量引力理论中的精确球对称解,其中引力子质量是通过与一组合适的Stuckelberg场的相互作用产生的。我们明确地找到了精确的黑洞解,它推广了我们熟悉的史瓦西解,史瓦西解显示了一个非解析的头发,其形式为幂项r^γ。对于现实的自引力物体,我们发现了一些有趣的特征,这些特征与高斯定律的有效违反有关:i)出现在标准1/r项中的总引力质量得到了与物体本身面积成比例的乘法重整化; ii)类似幂的毛修正的大小也与物体的大小有关。这些新的特征可以归因于体内物质开启的金石流体的存在;它的状态方程接近中心附近的暗能量。戈德斯通流体也改变了物质的平衡压力,导致引力子质量的上限为m <~ 10^-28 - 10 ^29 eV,这是由宇宙中最大的稳定引力束缚态推导出来的。
2011-04-29 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological simulations of screened modified gravity out of the static approximation: effects on matter distribution
在引力的标量张量理论的背景下,当运行N体模拟时,有一个普遍采用的假设,即标量场的运动方程中的时间导数可以忽略不计。在这项工作中,我们建议测试一个特定的标量张量模型与重力屏蔽机制:的引力子这一假设。为此,我们实现了必要的修改,以在N体代码Ramses中包含非静态项。我们目前的测试案例和宇宙学模拟的结果。我们在比较静态与非静态模拟时的主要发现是,考虑到非静态项的包含,全局功率谱仅略有修改。相反,我们发现局部功率谱的计算给出了不同的测量。这样的结果意味着,当假设准静态近似时,必须小心调查的环境效应的修改后的重力和屏蔽机制的结构形成的晕和空隙分布。
2014-09-03 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
The Einstein-Maxwell-Particle System: II) The Weak Field Approximation in the Non-Harmonic 3-Orthogonal Gauges and Hamiltonian Post-Minkowskian Gravity: the N-Body Problem and Gravitational Waves with Asymptotic Background
在这第二篇论文中,我们定义了一个后闵可夫斯基(PM)弱场近似导致的线性化的Hamilton方程的ADM四重引力在约克正则基在一个家庭的非谐波3-正交Schwinger时间规范。约克时间${}^3K$(相对论惯性规范变量,不存在于牛顿引力中,参数化了该族,并与时钟同步中的自由度相关联,即与瞬时三维空间的定义相关联)等于一个任意的数值函数。紫外截止的问题允许一致的线性化,这是示出的最低阶的哈密顿后闵可夫斯基(HPM)的扩展。我们解决的约束和汉密尔顿方程的潮汐变量,我们发现后闵可夫斯基引力波的渐近背景(和正确的四极发射公式和能量平衡)传播的动态确定的非欧3-空间在这些非调和规范。总之,我们得到了一个PM解决方案的引力场,我们确定了一类PM爱因斯坦时空,这将在第三篇论文中更详细地研究与PM运动方程的粒子和他们的后牛顿展开(但在没有电磁场)。最后讨论了广义相对论中的\it规范问题,以了解在PM时空中哪种类型的实验观测可能导致惯性规范变量${}^3K$的优选。在第三篇论文中,我们将说明这种选择与暗物质的问题有关。
2011-04-26 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Testing and Emulating Modified Gravity on Cosmological Scales
本文介绍了一套利用星系团检验修正引力模型的方法。特别是,介绍了一种用于约束模型的变色龙筛选技术。此外,概述的技术扩展到测试更广泛的一类模型,如涌现引力理论。最后,论文的第一部分通过调整上述测试模型独立的约束。所得到的结果表明,星系团可以用来获得一些最强大的宇宙学尺度的约束。论文的第二部分致力于宇宙学仿真器的主题。更具体地说,介绍了一种基于机器学习的宇宙学N体模拟输出数据仿真技术。生成对抗网络(GANs)用于模拟仅暗物质以及流体动力学模拟数据。此外,N体修正的重力模拟以及探索。所提出的对GAN算法的研究表明,此类仿真器提供了一种强大、快速和有效的方法来生成具有不同宇宙学参数的仿真输出数据。功率谱分析表明,训练和生成的数据之间存在1-20%的差异,具体取决于所使用的数据集以及是否应用高斯平滑。
2020-11-17 astro-ph.CO astro-ph.IM gr-qc