中国科学院理论物理研究所：自引力体系统计物理的新进展

自引力体系统计物理的新进展 Ping He 2010-3-2

自引力体系统计物理的新进展 Ping He 2010-3-2

自引力体系( Self-Gravitating System 自引力体系:孤立体系,只有引力码2=Cmm 再无其他作用:无碰撞,没有重子物质; 重要特征:自引力体系是长程力热力学体系; ■现实模型:球状星团,椭圆星系,暗物质晕

2 ◼ 自引力体系：孤立体系，只有引力 ◼ 再无其他作用：无碰撞，没有重子物质； ◼ 重要特征：自引力体系是长程力热力学体系； ◼ 现实模型：球状星团，椭圆星系，暗物质晕。 自引力体系（Self-Gravitating System) Globular cluster： Globular Cluster M3 Elliptical galaxy： M87

冷暗物质的宇宙学N体模拟 宇宙学的分子动力学模拟 大尺度宇宙学的主流研究方法 df af. af + VΦ dt at a V p=aa V2Φ=4rGa2Pb0 V2①=4Ga2a6 6(x,t)=(P(x,t)-p)/ 0=0-+92ka2+lx m pJ( n大尺度宇宙学可以是实验科学!

3 冷暗物质的宇宙学N-体模拟 -- 宇宙学的分子动力学模拟 ◼ 大尺度宇宙学的主流研究方法 ◼ 大尺度宇宙学可以是实验科学！

宇宙学N-体数值模拟 1.巨大的低密度空洞; 2.丝状,片状结构,由 冷暗物质晕构成,亮 点是星系团 3.统计研究,各种数理 统计方法和统计检验 技术。 4.拟合,经验结果 (empirical laws)

4 宇宙学N-体数值模拟 1.巨大的低密度空洞； 2.丝状，片状结构，由 冷暗物质晕构成，亮 点是星系团； 3.统计研究，各种数理 统计方法和统计检验 技术。 4.拟合，经验结果 (empirical laws)

冷暗物质晕 ■冷暗物质:星系级的成团所满足的条件

5 冷暗物质晕 ◼ 冷暗物质：星系级的成团所满足的条件

冷暗物质晕的经验关系 数值结果的拟合 密度轮廓( density profile):密度随半径的关系; 赝相空间密度( pseudo- phase- space density) 速度各向异性参数轮廓( velocity-anisotropy parameter) 速度弥散的分布( distribution velocity dispersion); 形状参数的分布( distribution of shape parameter); 自旋参数的分布( distribution of spin parameter)

6 冷暗物质晕的经验关系 -- 数值结果的拟合 ◼ 密度轮廓 (density profile)：密度随半径的关系； ◼ 赝相空间密度 (pseudo-phase-space density); ◼ 速度各向异性参数轮廓(velocity-anisotropy parameter); ◼ 速度弥散的分布(distribution velocity dispersion); ◼ 形状参数的分布(distribution of shape parameter); ◼ 自旋参数的分布(distribution of spin parameter)

冷暗物质晕的经验关系 这些经验关系过去被认为是普适的,即对于任 何稳定的暗物质晕,只由两个尺度参数来确定, 特征尺度和特征密度:s,PNFW轮廓: (r/rs)(1+7/rs 当前的高分辨率的模拟发现,有一定程度的对 普适性的偏离

7 冷暗物质晕的经验关系 ◼ 这些经验关系过去被认为是普适的，即对于任 何稳定的暗物质晕，只由两个尺度参数来确定， 特征尺度和特征密度： ，如NFW轮廓： ◼ 当前的高分辨率的模拟发现，有一定程度的对 普适性的偏离

宇宙学CDM暗晕的N-bod模拟 I. density profile NFW profile: Navarro, Frenk white, 1995, 96, 97 ( citations:573,227,3033 NFW (1) The NFW profile Moore Einasto p()=(m1+,/m,p (2)Moore et al.(1999) profile § +(r/rs)1 (3) and the Einasto(1965) profile, ln(p(r)/p-2)=(-2/o(r/r-2)-1.0d1 1020 在粒子宇宙学,引力透镜,大尺度结构 形成等方面,有着极大的应用价值

8 宇宙学CDM暗晕的N-body模拟 -- I. density profile NFW profile: Navarro, Frenk, White, 1995, 96, 97 (citations: 573, 2227, 3033) 在粒子宇宙学， 引力透镜， 大尺度结构 形成等方面，有着极大的应用价值

宇宙学CDM暗晕的N-bod模拟 I. density profil Einasto fit: a=0.170 Moor Einasto 回15 10 A-A-1 0.5 q Ag-A-4 Aq-A-5 ++++ 0.l g r Lkp N=1.074×109 1.250×103M。/h Navarro, Ludlow, Springel Wang vogelsberger, White M=1343×1012M。/h Jenkins, Frenk, helmi ar Xiv: 0810 1522, MNras, unprecedented highest resolution

9 宇宙学CDM暗晕的N-body模拟 -- I. density profile Navarro, Ludlow, Springel, Wang, Vogelsberger, White, Jenkins, Frenk, & Helmi arXiv:0810.1522, MNRAS， unprecedented highest resolution

宇宙学CDM暗晕的N-bod模拟 IL velocity anisotro p 各向异性参数,已被定义几十年了 B=1 阝>0 <0 <β<1

10 宇宙学CDM暗晕的N-body模拟 -- II. velocity anisotropy o vr vt -    1 各向异性参数，已被定义几十年了: