重子与暗物质间超声速相对运动对坍缩天体的影响

作为计划中的大型射电干涉仪（例如 Square Kilometre Array）的主要目标，第一代恒星形成与再电离时期受到了广泛关注。近期有研究声称，重子与冷暗物质之间的超声速相对速度能够抑制第一代恒星的丰度，并影响宇宙学再电离过程。因此，为了将观测结果与理论预测进行比较，研究超声速相对运动对小尺度结构形成的影响至关重要。本文在球坍缩模型背景下研究了这一效应对非线性结构形成的影响，以期在简单构型中理解基础物理。我们通过使用 N-body 模拟并数值求解暗物质质量壳的运动方程，展示了具有相对速度的暗物质球的演化。球坍缩模型中相对运动的效应表现为暗物质晕坍缩时间的延迟以及暗物质球内重子质量分数的降低。基于这些结果，我们给出了包含相对运动效应的坍缩临界密度对比的拟合公式，并在 Press-Schechter 框架下计算了暗物质晕的质量函数。结果表明，相对速度降低了质量小于 $10^8~M_\odot/h$ 的暗物质晕的丰度。