2D Vlasov模拟中暗物质星系盘动力学：自相似方法

理解暗物质星系盘动力学对于阐明暗物质粒子的本质至关重要。已存在多种自相似方法对冷暗物质(CDM)星系盘反转区内多束流动力学进行解析处理。本文旨在通过研究单体生长CDM星系的二维Vlasov-Poisson(ColDICE软件包)数值模拟，确定自相似性在二维星系盘动力学中的适用范围，以及导致其偏离的因素。我们采用Fillmore和Goldreich(FG)自相似解的假设，假设为圆柱对称性，适用于上述模拟数据。我们测量了位置和相空间中的轨迹、质量和密度轮廓，并将其与FG模型的预测进行比较。我们发现，在反转及随后的壳面穿越之后，粒子经历一个放松期，通常约为1-2次关于中心的振荡，之后它们开始追踪自相似拟合，并在轨道主要为径向的情况下继续沿用。将来自不同时间快照的轨迹在无尺度位置-时间和相空间中叠加，呈现出显著的良好重合，这是自相似性的典型特征。从模拟中测得的径向密度轮廓：$\rho \propto r^{-\alpha}, \alpha = 0.9 - 1.0$，与FG对二维星系盘的预测$\alpha=1$一致。另一方面，模型的偏离显然与放松、受周期边界限制的运动、星系内部的横向运动以及有限模拟体积中吸积质量不足有关。尚不能确定星系是否随时间趋向圆形增长。对实际三维CDM宇宙学的扩展需要进一步研究具有椭球式坍缩和横向运动的自相似解。