解析原星系的形成. I. 位力化

星系形成于层级聚集的暗物质晕中。借助宇宙学三维自适应网格细化模拟，我们详细探讨了和谐宇宙学中重子的位力化过程，包括光学薄原初气体冷却。我们关注维里温度为 10^4 K 的早期原星系及其前身。在没有冷却的情况下，对于从空洞落入的物质，位力加热发生在接近位力半径的激波中。致密纤维中的物质穿透更深，大约到达该半径的一半。在有冷却的情况下，位力激波的位置收缩，纤维也达到小至位力半径三分之一尺度。在绝热模拟中发现的原星系的温度从中心向外降低两倍，并表现出平坦的熵核。在冷却晕中，气体通过其湍流速度与暗物质势达到位力平衡。我们在冷却情况下观察到湍流马赫数在 1 到 3 之间。这种湍流由大尺度合并驱动，有趣的是，即使没有任何反馈过程，在这些早期星系的中心它仍保持超音速。位力定理被证明在跨越 3 个数量级的长度尺度上近似成立，且湍流压强超过热能。湍流速度分布为麦克斯韦分布，并且远大于与星系总角动量相关的小旋转速度。利用柯西-斯托克斯定理分解速度场，我们表明即使在这些天体的中心，激波周围也存在丰富的涡量。