Matryoshka 运行：研究维里化宇宙结构中湍流统计特性的欧拉细化策略

我们研究了在 z=0 处一个大质量并合星系团中由结构形成驱动的湍流的统计特性。由于最大涡旋周转时间远短于哈勃时间且与质量和红移无关，湍流的发展得到了保证。我们通过一种新颖的欧拉细化策略实现了大动态范围的空间尺度，该策略在引力坍缩过程中用逐渐更细的均匀嵌套网格对星系团体积进行细化。这在维里体积内提供了前所未有的 7.3 h^{-1} kpc 分辨率。各种速度导出量的概率密度函数展现出专门周期性盒子模拟中观测到的完全发展可压缩湍流的特征。激波仅在\rvir/3 区域内产生总涡度的 60%，在该区域外产生 40%。我们计算了星系团核心、维里区域及以外区域的螺线管分量和压缩分量的二阶和三阶纵向及横向结构函数。结构函数表现出定义明确的惯性区。注入尺度与维里半径相当，但向外围增加。在\rvir/3 以内，螺线管分量的谱斜率接近 Kolmogorov 谱，而压缩分量则陡峭得多且接近 Burgers 谱；流动主要是螺线管的，且在统计上严格符合完全发展、均匀且各向同性的湍流。小尺度各向异性是由于数值伪影出现的。朝向维里区域，流动变为压缩性的，结构函数变平，并出现适度的真实各向异性。相比之下，基于拉格朗日细化且具有相同最细分辨率的网格自适应，会导致小尺度上缺乏湍流功率而大尺度上过剩，以及密度加权结构函数不可靠。