《星系團內介質中氣體運動的數值模擬》是依託南京大學，由朱維善擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：星系團內介質中氣體運動的數值模擬
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：朱維善
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
ICM中氣體的運動,會提供非熱力學壓強，給基於流體靜力學平衡(HSE)假設，來估計星系團質量的方法帶來偏差，將制約利用星系團X-ray觀測來限制宇宙學參數的能力。宇宙學數值模擬常被用來研究氣體運動造成的HSE質量估計偏差，但數值方法中含有的人工粘性和數值耗散項本身會帶來明顯的不確定性，降低結果的可靠性。本項目將研究人工黏性和數值耗散在模擬複雜流動時的影響，並將檢驗基於高階格式WENO的WIGEON程式處理複雜流動的優越性。改進WIGEON程式中WENO格式，進一步抑制數值誤差對星系團模擬影響。使用WIGEON運行高解析度宇宙學N體/流體數值模擬和星系團的re-simulation，對ICM氣體運動導致的HSE質量估計偏差提供更為穩定可靠的評估。追蹤星系團形成過程中激波、湍流等複雜流動的演化，考察其與星系團周圍區域觀測到的射電遺蹟之間聯繫。研究氣體冷卻對ICM中氣體運動的影響
結題摘要
通過宇宙N體/流體數值模擬，對模擬樣本中星系際物質的運動進行詳細分析。對比確定了人工粘性與數值耗散等數值因素對於宇宙流體的運動有明顯影響，以及高精度低耗散數值格式的優異性。研究了LCDM宇宙中，空洞(voids)、薄盤狀(sheets)、纖維狀(filaments)，星系團(clusters)等不同形態大尺度結構區域內的重子物質速度，特別是渦旋速度的增長，功率譜演化，與結構形成過程中激波、湍流等複雜流動的關係。以及湍流運動造成的湍流壓相對於熱力學壓強的強度，發現其與重子物質比偏離宇宙學平均展現一定正相關。項目研究發現宇宙演化過程中廣泛出現的激波會在薄盤狀、纖維狀結構附近顯著提高流體斜壓性，從而快速激發渦旋運動的發展。與此相對應，速度功率譜表明重子物質渦旋運動存在超音速與後超音速兩個不同特徵區間。在此基礎上，藉助重子物質渦旋運動的速度結構函式分析，根據She-Leveque湍流模型，得到了渦旋運動的湍流所對應的分形維數，與纖維狀大尺度結構的密度分布分形維數接近。這些結果說明，重子物質的渦旋運動與纖維狀大尺度結構存在密切聯繫。在受資助期間，相關研究結果在ApJ, MNRAS等國際主流天文期刊共發表3篇論文，其中項目主持人為第一作者2篇(ApJ)，第二作者1篇(MNRAS)，另外還有一項研究結果正在組織成文,待投稿。
