引力与 Carnegie-Spitzer-IMACS 红移巡天中结构的非线性增长

发展一个令人满意的星系演化理论的关键障碍在于难以将早期结构形成的解析描述扩展到完全非线性 regime，即星系生长发生的 regime。现有技术虽然强大，但基于近似数值方法，其类蒙特卡洛的性质阻碍了直觉的建立。在此，我们发展了该问题的一个新解及其经验验证。我们首先推导实空间宇宙密度分布中固定百分位演化的闭式解析期望，{it 在观测者能横截面追踪的代表性体积上平均}。利用流体方程的拉格朗日形式，我们表明 δ（相对于中位数的密度）的百分位应以 δ(t)∝δ_{0}^{α}\,t^{β} 增长，其中在过密度转变为非线性增长后的时期，牛顿引力下 α≡2 且 β≡2。然后我们使用 9.5 平方度的 Carnegie-Spitzer-IMACS 红移巡天数据来绘制 0.2<z<1.5（约 7 Gyr）范围内的 {it 星系} 环境密度，并推断 α=1.98±0.04 和 β=2.01±0.11——与我们的解析预言一致。这些发现——通过将对密度增长多数工作的欧拉域替换为实空间体积平均的拉格朗日方法而得以实现——提供了一些最强证据，表明早期密度涨落的对数正态分布确实从宇宙膨胀中脱耦并通过引力吸积而增长。它们也构成了首个可扩展到（任意）低红移的结构非线性增长的精确解析描述。我们希望这些结果能为宇宙学背景下星系生长及其多样性的新建模与直觉建立打开大门。