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天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学

arXiv:2311.11240 (astro-ph)
[提交于 2023年11月19日 ]

标题: 宇宙-中微子:非线性中微子功率谱的模拟器

标题: Cosmic-Enu: An emulator for the non-linear neutrino power spectrum

Authors:Amol Upadhye, Juliana Kwan, Ian G. McCarthy, Jaime Salcido, Kelly R. Moran, Earl Lawrence, Yvonne Y. Y. Wong
摘要: 宇宙学即将能够测量中微子质量总和$M_\nu$,并且已经确定了几种对中微子敏感的小尺度观测量,这需要在广泛的长度尺度上对中微子聚集进行准确预测。 FlowsForTheMasses 的非线性扰动理论用于大质量中微子功率谱,$\Delta^2_\nu(k)$与它的配套 N-body 模拟在$10\%-15\%$级别上一致,适用于$k \leq 1~h/$Mpc。 在 Mira-Titan IV 冷物质模拟器的基础上,我们使用 FlowsForTheMasses 构建了一个模拟器用于$\Delta^2_\nu(k)$,覆盖了广泛的宇宙学参数和中微子比例$\Omega_{\nu,0} h^2 \leq 0.01$,这对应于$M_\nu \leq 0.93$~eV。 与FlowsForTheMasses在$3.5\%$层级一致,它返回以毫秒为单位的功率谱。 按初始动量对中微子进行排序,我们还模拟了动量十分位的功率谱,提供了关于其扰动分布函数的信息。 将一个$M_\nu=0.15$eV模型与一系列N体模拟方法进行比较,我们发现对于$k \leq 3 k_\mathrm{FS} = 0.17~h/$Mpc的尺度,一致性达到$3\%$,而对于$19\%$Mpc的尺度,一致性达到$k \leq 0.4~h/$。 我们发现增强因子,即$\Delta^2_\nu(k)$与其线性响应对应的比值,与$\Omega_{\nu,0} h^2$最为相关,同时也与聚类振幅$\sigma_8$相关。 此外,非线性效应使自由流限制的标度$\partial \log(\Delta^2_\nu / \Delta^2_{\rm m}) / \partial \log(M_\nu)$超过其线性值 4,增加了小尺度中微子密度对$M_\nu$的敏感性。
摘要: Cosmology is poised to measure the neutrino mass sum $M_\nu$ and has identified several smaller-scale observables sensitive to neutrinos, necessitating accurate predictions of neutrino clustering over a wide range of length scales. The FlowsForTheMasses non-linear perturbation theory for the massive neutrino power spectrum, $\Delta^2_\nu(k)$, agrees with its companion N-body simulation at the $10\%-15\%$ level for $k \leq 1~h/$Mpc. Building upon the Mira-Titan IV emulator for the cold matter, we use FlowsForTheMasses to construct an emulator for $\Delta^2_\nu(k)$ covering a large range of cosmological parameters and neutrino fractions $\Omega_{\nu,0} h^2 \leq 0.01$, which corresponds to $M_\nu \leq 0.93$~eV. Consistent with FlowsForTheMasses at the $3.5\%$ level, it returns a power spectrum in milliseconds. Ranking the neutrinos by initial momenta, we also emulate the power spectra of momentum deciles, providing information about their perturbed distribution function. Comparing a $M_\nu=0.15$~eV model to a wide range of N-body simulation methods, we find agreement to $3\%$ for $k \leq 3 k_\mathrm{FS} = 0.17~h/$Mpc and to $19\%$ for $k \leq 0.4~h/$Mpc. We find that the enhancement factor, the ratio of $\Delta^2_\nu(k)$ to its linear-response equivalent, is most strongly correlated with $\Omega_{\nu,0} h^2$, and also with the clustering amplitude $\sigma_8$. Furthermore, non-linearities enhance the free-streaming-limit scaling $\partial \log(\Delta^2_\nu / \Delta^2_{\rm m}) / \partial \log(M_\nu)$ beyond its linear value of 4, increasing the $M_\nu$-sensitivity of the small-scale neutrino density.
评论: 17页,14图,3表。模拟器代码可在以下位置获取: https://github.com/upadhye/Cosmic-Enu
主题: 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO)
引用方式: arXiv:2311.11240 [astro-ph.CO]
  (或者 arXiv:2311.11240v1 [astro-ph.CO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2311.11240
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Amol Upadhye [查看电子邮件]
[v1] 星期日, 2023 年 11 月 19 日 06:00:28 UTC (1,122 KB)
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