宇宙湍流运动对重子与暗物质偏离的影响

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理论研究以及部分观测结果表明,当宇宙演化到较低红移时,宇宙中的重子流体处在接近完全发展的湍流状态。这使得越来越多的观点认为,湍流运动的加热效应是重子物理中的一个重要组成部分。因此在本篇论文中,我们使用宇宙学数值模拟得到的结果,来分析宇宙湍流运动对重子和暗物质偏离的影响。在第一章中,我们对宇宙中重子与暗物质的偏离情况,以及宇宙湍流运动在其中扮演的角色做了综述介绍,以此来明确研究宇宙中湍流运动的意义。在第二章中,我们对本篇论文涉及到的理论知识做了重点总结。这其中既包括诸如:宇宙学原理、Friedmann方程、物质组成等宇宙学的理论基础,也包括诸如:Reynolds演示实验、流体力学基本方程组、Kolmogorov湍流理论等有关湍流运动的理论。在第三章中,我们介绍了在宇宙学数值模拟程序中,常用的暗物质数值模拟算法以及流体力学数值模拟算法。并且详细介绍了在用于宇宙湍动模拟的WIGEON模拟程序中,使用的PM暗物质数值模拟算法以及WENO流体力学数值模拟算法的具体实现步骤,并包含了我们对于更高精度PM暗物质数值模拟算法的推导结果。在第四章中,我们使用宇宙学N体/流体动力学数值模拟程序WIGEON以及Illustris TNG产生的数据结果,来研究宇宙湍流运动对重子与暗物质偏离的影响,这也是本文中最具创新性的部分。我们通过计算两种物质成分的密度场和速度场的互相关函数,来分析重子与暗物质偏离对尺度的依赖。并且通过将宇宙网划分为不同结构,来分析重子与暗物质偏离对所处宇宙环境的依赖。在WIGEON模拟中没有包括诸如恒星的形成和演化、金属富集、SN和AGN反馈等重子物理过程,因此通过将其结果与Illustris TNG模拟的结果进行比较,我们对宇宙湍动相比其他重子物理效应造成的密度场和速度场偏离的情况进行了分析。在第五章中,我们对本篇论文得到的计算结果进行了系统的总结,并且对未来有关宇宙湍流运动的研究进行了展望。
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