暗物质晕和重子物质的自旋速度剪切场及涡量的相关-紫金山天文台.PDFVIP

第卷第期 天 文 学 报 年月 暗物质晕和重子物质的自旋、速度剪切场 及涡量的相关性分析∗ 刘利利1,2† 中国科学院紫金山天文台南京 中国科学院大学北京 摘要 在宇宙学流体力学模拟的基础上 通过对速度剪切场、涡量与暗物质晕自旋方向 的相关性 以及重子与暗物质之间关系的研究 发现 在小于 的尺度上 重 子物质涡量与暗物质涡量的差异比较明显 重子物质的涡量与速度剪切张量的相关性 比暗物质要强 小质量暗物质晕的自旋方向平行于其所在的纤维结构的方向 而大质量 暗物质晕的自旋方向垂直于纤维结构的方向 并且这种相关性的强弱依赖于模拟盒子大 小以及模拟精度 这些因素会使暗物质晕自旋与星系自旋之间的关系复杂化 也会对星系 自旋方向与大尺度环境的相关性产生影响 关键词 宇宙学 暗物质 宇宙大尺度结构 方法 数值 统计 中图分类号 文献标识码 引言 宇宙学数值模拟和星系红移巡天都显示宇宙在大尺度物质分布上呈网状结构, 它由 [1] 团状(cluster)、纤维(filament)、薄片(sheet)和空洞(void)4种几何构型组成 . 大尺度环 [2−3] 境对暗物质晕和星系的演化起着重要的作用 . 在过去的20 yr, 星系性质与周围环境 的关系已被广泛地研究, 其中星系自旋方向与纤维和薄片结构的相关性就是一个重要的 研究内容. 在星系角动量起源的研究中, 最为广泛接受的是潮汐力矩理论(tidal torque theory, [4−5] TTT), 它有一个重要的推论 : 星系的自旋方向与潮汐张量之间存在相关性. 并且现 [6−7] 在已经有很多观测证据证实了这种相关性的存在 . 有一些宇宙学N体模拟的结果显示暗物质晕的自旋方向与其所在纤维结构的方向 [8−9] 是垂直的 ; 另外一些数值模拟则发现小质量暗物质晕的自旋方向与其所在纤维结 构的方向是平行的, 而大质量暗物质晕的自旋方向与其所在纤维结构的方向则是垂 直的[10−11] , 并且他们认为, 暗物质晕的自旋方向在非线性时期的演化分为两个阶段: 收到原稿 收到修改稿 国家自然科学基金项目资助 天 文 学 报 卷 (1) 小质量的暗物质晕主要通过吸积周围物质形成, 所以自旋方向平行于其所在纤维 结构的方向; (2)大质量的暗物质晕主要是由小质量的晕沿着纤维结构的方向并合形 [12] 成, 所以大质量暗物质晕的自旋方向垂直于纤维结构的方向. Libeskind等 利用宇宙 学N体模拟研究发现这种平行和垂直关系的转折质量Mtr 是与暗物质晕所处环境有关的, [10] 12 Aragon-Calvo等 的研究结果显示在主纤维结构中, Mtr ∼ 1.5 × 10 M⊙ , 而在次纤维 11