天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学
[提交于 2025年8月25日
(v1)
,最后修订 2025年8月29日 (此版本, v2)]
标题: 通过蒙特卡罗模拟和最小二乘曲线拟合计算随机暴胀中的功率谱
标题: Calculating the power spectrum in stochastic inflation by Monte Carlo simulation and least squares curve fitting
摘要: 随机-$\delta \mathcal{N}$形式广泛用于研究量子扩散主导背景动力学的暴胀模型,导致了原初黑洞产生等有趣现象。 在该形式中计算曲率扰动谱 $\mathcal{P}_\zeta(k)$的数值方法中,基于蒙特卡洛模拟的方法被认为是一个有前景的选择,尤其是在多场情况下。 在此方法中,我们从初始点生成许多暴胀子路径到暴胀结束,从路径中获得 $\delta N$的统计信息,然后估计 $\mathcal{P}_\zeta(k)$。 然而,这种方法涉及嵌套的蒙特卡洛模拟,这需要在对应于感兴趣尺度 $k$的点上,从每个主路径生成许多分支路径,导致计算成本很高。 在本文中,我们提出了一种新的基于蒙特卡洛的方法,该方法利用最小二乘拟合,引入了两种新特性以减少计算成本。 首先,我们设计了一个关键统计量 $\langle \delta\mathcal{N}_{\mathbf{X}}^2\rangle$的简单估计器,即在分支点条件下 $\delta \mathcal{N}$的方差,以避免嵌套路径生成。 其次,通过将参数函数拟合到估计量的采样值,我们不仅获得了一个关于$\mathcal{P}_\zeta(k)$的单个$k$值的估计,还获得了在感兴趣的$k$范围内$\mathcal{P}_\zeta(k)$的近似函数。 我们还对具体的通胀模型进行了数值演示,这些演示展示了我们方法的实用性。
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