Matryoshka 模拟运行 (II)：大质量星系团中的时间依赖湍流统计、随机粒子加速及微观物理影响

我们利用 Matryoshka 模拟运行研究 $10^{15}M_\odot$ 星系团内介质中由结构形成驱动的湍流的时间依赖统计特性。我们调查了内部 Mpc 范围内压缩性和不可压缩速度分量的湍流级联。流动保持充分发展湍流的近似条件，其偏离大约在涡旋 turnover 时间内平息。即使在低质量吸积率下，湍流速度弥散仍保持在 $700$ km s$^{-1}$ 以上，其中压缩能量占比在 10% 到 40% 之间。与不可压缩对应量不同，压缩湍流的归一化和斜率在短时间尺度上容易发生大幅变化。一次主要并合发生在红移 $z\simeq0$ 附近，并伴随着一段长期的湍流增强期，这归因于与物质空间聚类相关的质量吸积的时间聚类。我们测试了由压缩模式引起的随机加速模型，以解释星系团中弥漫射电辐射的起源。湍流模拟模型限制了这一复杂问题的一个重要未知因素，并揭示了其对星系团等离子体难以捉摸的微观物理的依赖性。特别是，等离子体碰撞性的具体细节和弱激波的耗散物理影响了压缩模式的级联，从而对加速率产生强烈影响。在此背景下，射电晕表现为一种复杂现象，其中一系列作用于 progressively 更小尺度的层级过程正在起作用。由压缩模式引起的随机加速意味着射电功率和谱指数与并合核心距离之间存在统计相关性，原则上可通过射电巡天进行检验。