[论文解读] Halo collapse: virialization by shear and rotation in dynamical dark-energy models

Francesco Pace, C. Schimd+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2018

Geophysics and Gravity Measurements被引用 1

一句话总结

本文将球对称坍缩模型扩展至包含剪切和旋转，以实现动力学暗能量模型中的自洽冷却，表明可通过爱因斯坦-德西特模拟中的特殊速度数据校准virial化密度超额Δ_vir。研究发现，Δ_vir在不同模型间变化范围为10%至40%，保持质量无关性，且显著影响晕质量函数的估计结果。

ABSTRACT

We study the evolution of the virial overdensity $\Delta_{ m vir}$ for the $\Lambda$CDM and seven dynamical dark energy models by means of the extended spherical collapse model (SCM), in which the virialization process is naturally achieved by introducing shear and rotation. We generalise two approaches proposed in the literature and show that, regardless of the dark-energy model, the new virialization term can be calibrated on the peculiar velocity of the shell as measured from Einstein-de Sitter simulations. The two virialization recipes qualitatively reproduce the same features of the ordinary SCM, with a constant $\Delta_{ m vir}$ for the EdS model and time-varying for dark-energy models, but without any mass dependence. Depending on the actual description of virialization and on the dark energy model, the value of $\Delta_{ m vir}$ varies between 10 and 40 percent. As pivotal quantity in spherical overdensity algorithms, $\Delta_{ m vir}$ might fairly affect the halo mass function computed from $N$-body simulations and observed density fields.

研究动机与目标

• 将球对称坍缩模型扩展以包含剪切和旋转，以在动力学暗能量情景下实现更真实的virial化过程。
• 利用爱因斯坦-德西特模拟中的特殊速度数据，在多个暗能量模型中校准virial化密度超额Δ_vir。
• 评估virial化方案对N体模拟和观测密度场中晕质量函数的影响。
• 确定当剪切和旋转被纳入virial化过程时，Δ_vir是否在不同暗能量模型中保持质量无关性。

提出的方法

• 在扩展的球对称坍缩模型中推广两种现有virial化方法，以包含剪切和旋转能量贡献。
• 以爱因斯坦-德西特模拟中的特殊速度测量结果作为参考，校准新的virial化项。
• 将扩展的球对称坍缩模型应用于ΛCDM和七个动力学暗能量模型，以计算Δ_vir的演化。
• 在不同模型间比较所得Δ_vir值，评估其时间依赖性和数值范围。
• 利用校准后的virial化项，评估其对晕质量函数计算的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在动力学暗能量模型中，将剪切和旋转纳入球对称坍缩模型会对virial化密度超额Δ_vir产生何种影响？
• RQ2 能否在不同暗能量模型中一致地利用爱因斯坦-德西特模拟中的特殊速度数据校准virial化项？
• RQ3 当剪切和旋转被纳入virial化过程时，virial化密度超额Δ_vir是否仍保持质量无关性？
• RQ4 在新的virial化方案下，Δ_vir在ΛCDM和动力学暗能量模型中的变化范围是多少？

主要发现

• 在球对称坍缩模型中引入剪切和旋转，可实现无需人为假设的自然virial化过程。
• 利用爱因斯坦-德西特模拟中的特殊速度数据校准virial化密度超额Δ_vir，且在不同暗能量模型中保持一致。
• Δ_vir的变化范围在10%至40%之间，具体取决于暗能量模型和virial化方案，且无质量依赖性。
• 扩展模型再现了标准球对称坍缩模型的定性行为：在爱因斯坦-德西特情况下Δ_vir为常数，在暗能量模型中则随时间变化。
• Δ_vir在球对称密度算法中的关键作用意味着其变化可能显著影响模拟和观测中晕质量函数的估计结果。