N体模拟中星系团的回转半径

我们利用 N 体模拟来检验：在存在完整三维效应的情况下，由 $\rm {\Lambda CDM}$ 宇宙中球塌缩模型预言的特征回转半径是否能有意义地识别于星系团。我们使用 The Dark Sky Simulations 与 Illustris-TNG 仅含暗物质的宇宙学模拟，计算坍缩结构周围的径向速度剖面，向外延伸至许多倍的维里半径 $R_{200}$。在那里，回转半径可明确识别为围绕重心的最大非膨胀尺度。我们发现：(a) 的确，单一回转尺度可有意义地描述强非球状结构。(b) 对于质量 $M_{200}>10^{13}M_\odot$ 的晕，回转半径 $R_{ta}$ 随包围质量 $M_{ta}$ 按 $M_{ta}^{1/3}$ 标度，正如球塌缩模型所预言。(c) 模拟晕中 $R_{ta}$ 偏离球塌缩模型预言的程度对晕的非球性不敏感，而是对存在大质量邻体时的潮汐力敏感。(d) 晕在回转尺度内呈现特征平均密度。该特征密度依赖于宇宙学与红移。对于当前宇宙纪元及一致宇宙学参数（$\Omega_m \sim 0.7$；$\Omega_\Lambda \sim 0.3$），回转结构相对于背景宇宙的平均物质密度反差为 $\delta \sim 11$。因此 $R_{ta}$ 等价于 $R_{11}$——类似于将“维里”半径定义为 $R_{200}$——其优势在于本工作表明 $R_{11}$ 对应于 N 体模拟中运动学相关尺度。