宇宙网中质量与速度场的演化：重子物质与暗物质的比较

我们利用基于网格的宇宙流体动力学模拟，研究了自红移 $z=5$ 以来宇宙网的演化，重点关注重子物质和冷暗物质的质量场与速度场。密度潮汐张量被用作网络识别的主要方法，阈值取 $\lambda_{th}=0.2-1.2$。重子物质和暗物质的演化趋势相似，但也观察到中等程度的差异。薄片结构出现较早，其大尺度模式可能在 $z=3$ 时已经建立。就质量而言，纤维状结构在 $z\sim2-3$ 时取代薄片成为主要的坍缩结构。稀疏的纤维状结构在 $z<~2$ 时相互聚合形成显著的纤维状结构。与薄片结构框架的构建相一致，宇宙散度速度 $v_{div}$ 在 $z=3$ 时已在 2-3 Mpc 以上尺度充分发展。此后，旋度速度 $v_{curl}$ 随着纤维状结构的兴起而急剧增长，在 $z=0$ 时于 $<2-3 Mpc$ 尺度上与 $v_{div}$ 变得相当。$v_{curl}$ 的标度关系可以用分层湍流模型描述。重子物质场中涡量与剪切张量本征矢的对齐情况与暗物质相似，并且在 $\vec{\omega}$ 与 $\vec{e}_1$、$\vec{e}_3$ 之间的对齐甚至略强。与暗物质相比，存在于纤维状结构和星系团中的重子物质略少，且其涡量在 2-3 Mpc 以下尺度发展得更为显著。这些差异可能因我们模拟的分辨率有限且缺乏恒星形成过程而被低估。本文还简要讨论了 $z\sim2-3$ 时过密区域主导结构的变化对星系形成与演化的影响。