CSST宇宙模拟器III：基于混合拉格朗日偏差展开的星系聚集模拟

《Science China-Physics Mechanics & Astronomy》：CSST cosmological emulator III: Hybrid lagrangian bias expansion emulation of galaxy clustering

星系团聚类是中国空间站望远镜（CSST）研究结构演化与暗物质本质的重要观测目标，但建模其偏倚追踪效应并连接观测与物理过程是长期挑战。本文提出混合拉格朗日偏倚扩展模拟器，结合N-体仿真动力学演化与Zel’dovich方差控制，实现8参数宇宙学模型（含动态暗能量w0、wa及总中微子质量Σmv）下1%精度预测，覆盖红移0-3、波数k≤1 Mpc?1 h范围，通过46独立仿真联合拟合自相关与交叉功率谱验证其有效性。

　　

摘要

星系聚集是即将开展的中国空间站望远镜（CSST）调查中的一个重要研究手段，旨在理解宇宙结构的演化过程并揭示暗物质的本质。然而，对这种具有偏性的示踪物进行建模，并将其观测结果与潜在的物理机制联系起来，一直是一个长期存在的挑战。在这项工作中，我们提出了一种混合拉格朗日偏差展开仿真器，该仿真器结合了拉格朗日偏差展开方法和来自N体模拟的精确动力学演化过程，用于预测实际空间中这种偏性示踪物的功率谱。我们使用Kun模拟套件来构建该仿真器，模拟了包括动态暗能量w?、w_a以及总中微子质量Σm_v在内的8个宇宙学参数。通过采用Zel’dovich方差控制方法，进一步减少了由于有限模拟范围导致的样本方差，从而能够精确测量到二次阶的拉格朗日基谱。该仿真器在波长k ? 1 Mpc?1 h和红移0 ? z ? 3的范围内实现了1%的精度。为了验证仿真器的准确性，我们对来自46次独立模拟的晕自功率谱和晕-物质交叉功率谱进行了联合拟合。根据所选修正项的不同，联合拟合在k_max ? 0.7 Mpc?1 h的范围内具有1–2%的精度，适用于所有红移和晕质量样本。作为CSST宇宙学仿真器系列的一部分，该仿真器有望为即将进行的CSST调查提供准确的星系功率谱理论预测。