模拟宇宙星系簇中的两体松弛

本文旨在量化因有限颗粒数而产生的离散效应对形成于宇宙学模拟背景下暗物质星系簇动力学的影响。通过将标准的两体松弛计算推广到尺寸和质量分布可变的情况，并利用既定的经验关系对时间演化进行参数化，我们发现，百万颗粒数的星系簇在最终virial半径的内百分之一处的动力学是噪声主导的。需要更大的颗粒数(~10^8)才能使速度的RMS扰动降至10%水平。径向尺度上的松弛时间简单且显著：t_relax ~ r^2，暗示需更大颗粒数才能忠实地建模极内核区域；人工松弛可能因此成为重要因素，导致关于功率律浓度峰值在星系核心是否持续的矛盾论点。由于松弛首先导致其扩张，随后发生重塑，它们要么更难，要么更容易被破坏，这取决于其轨道参数。因此，它可能修改星系簇中次星系分布的特征以及与母体的相互作用效应。我们推导了描述特征松弛时间的简洁闭式公式，以及当主要贡献来自松弛次星系时，Diemand等人报告的弱N规模效应的公式。