宇宙中微子背景的非线性演化

我们通过运行大箱体、高分辨率的 N 体模拟，研究残留宇宙中微子背景的非线性演化。这套模拟在一个参考 ΛCDM 模型中，探索总中微子质量在 0.05–0.60 eV 范围内、红移范围 z=0–2 内、质量在 $10^{11}$–$10^{15}$ $h^{-1}$M$_{\odot}$ 的冷暗物质晕中的中微子性质。我们计算了晕质量函数，并表明其可由 Sheth-Tormen 公式较好地拟合。更重要的是，我们聚焦于宇宙学体积内、维里化晕内部及其外围的冷暗物质与中微子的密度场和本动速度场性质。中微子粒子的动力学状态强烈依赖于其动量：低速度尾端的中微子行为与冷暗物质粒子相似，而高速度尾端的中微子则不受底层冷暗物质成分成团性的影响。我们发现中微子（线性）无扰动量分布发生了改变，且无论是在宇宙学体积内还是晕内部，均存在依赖于质量和红移的、对预期费米-狄拉克分布的偏离。我们仔细研究了维里化晕周围的中微子密度轮廓，并提供了一个简单的拟合公式。与冷暗物质轮廓不同，对于质量大于约 $10^{13.5}h^{-1}$M$_{\odot}$ 的晕，中微子轮廓存在一个核，其核大小和中心密度依赖于中微子质量、红移和晕质量。对于更低质量的晕，在模拟所探测的范围内，中微子轮廓可由简单的幂律关系最佳拟合。鉴于即将开展的大尺度结构巡天（如 Euclid）预期将通过透镜效应和成团性观测在百分级精度上探测非线性区域，我们的发现尤为重要。