大型星系团中的自相似能量学

大质量星系团充满了炽热、湍动且磁化的团内介质。在引力不稳定性作用下仍在形成中的它们，通过吸积超声速流来增长质量。这些流动部分通过复杂的大尺度激波网络耗散为热量[1]，而残余的跨声速流则产生巨大的湍流涡旋和级联[2,3]。湍流加热团内介质[4]，并通过发电机作用放大磁能[5-8]。然而，支配引力能转化为动能、热能、湍流能和磁能的模式仍不清楚。在此我们报告，团内介质的能量组分按照一个持久的层级结构排列，其中热能、湍流能与磁能密度的比率在整个星系团历史中几乎保持不变，尽管每个单独组分都在演化，且湍流发电机趋向能量均分。这一结果的核心在于，我们的宇宙学结构形成计算模型[3,9]揭示了质量吸积过程中释放的引力能转化为湍流的效率近似恒定。这种层级结构的持久性反映了宇宙学中另一种自相似性[10-13]，而其结构（与当前数据一致[14-18]）编码了关于湍流加热和发电机作用效率的信息。