Dynamic zoom simulations in AREPO

Nell'astrofisica moderna, le simulazioni cosmologiche rappresentano lo strumento principale per interpretare la grande quantità di dati forniti dalle campagne osservative. Tuttavia, la prossima generazione di survey richiederà simulazioni con risoluzione e volume coperto senza precedenti, con un impatto molto elevato sulle risorse computazionali. Per affrontare questo problema, ho implementato nel codice d'avanguardia AREPO il nuovo metodo “Dynamic Zoom Simulations (DZS), proposto originariamente in un contesto dark-matter-only nel più datato codice PGADGET-3 da Garaldi et al. (2020). Il metodo sfrutta il fatto che il confronto significativo fra dati reali e output simulati richiede per questi ultimi una forma cosiddetta lightcone-like, che include nei file di output soltanto una frazione del volume totale simulato. Pertanto, il metodo DZS concentra gli sforzi computazionali di una simulazione all'interno del cono di luce, riducendo la risoluzione al di fuori di esso. Ciò riduce di molto le risorse computazionali richieste con modifiche minime rispetto a una run standard. In particolare, nel contesto dark-matter-only che ho testato, le simulazioni eseguite con il metodo DZS possono riprodurre accuratamente le principali quantità lightcone-like, nonché generare dislocazioni molto contenute nella posizione finale delle singole particelle. Una volta testato accuratamente l'algoritmo originale in un codice più moderno, ho iniziato ad occuparmi del suo principale difetto, cioè l’assenza di supporto per la fisica barionica. In questo senso, l'implementazione è ancora in corso, ma ci si aspetta che abbia un impatto ancora maggiore sulle risorse computazionali risparmiate. Anche nel caso dark-matter-only, comunque, il mio codice esegue la simulazione con la box più grande tra quelle testate in quasi metà del tempo richiesto da una simulazione standard, risultato che sarà probabilmente ancora migliore con risoluzioni più elevate e volumi più grandi.