نموذج ديناميكي لتوزيع المادة المظلمة والغاز في تجمعات المجرات

باستخدام محاكاة هيدروكيميائية غير إشعاعية عالية الدقة لتجمعات المجرات، نحصل على صيغ تحليلية بسيطة لتوزيع المادة المظلمة والغاز في الاقتراب الكروي. نقوم باشتقاق توافقات لكثافة المادة المظلمة وتباين السرعة والأنيسوتروبيتي السرعة. نستخدم هذه النماذج لاختبار فرضية التوازن الديناميكي من خلال معادلة جان: نجد أن هذه الفرضية مُرضية بدقة جيدة. تُظهر هذه النتيجة أن توافقاتنا تشكل نموذجًا ديناميكيًا متسقًا ذاتيًا. بعد ذلك، نمدد تحليلنا للغاز، حيث ندرس كثافته ودرجات حرارته وبنيته السرعية، دون فرض أي فرضيات إضافية على الحالة الديناميكية أو معادلة الحالة. تظهر لهجات الغاز والمادة المظلمة ملفات كثافة ذاتية التشابه حتى 0.06 Rᵥir، بينما في الأبعاد الأصغر، ينتج الغاز نواة مركزية. تكون درجات حرارة الغاز تقريبًا متساوية الحرارة حتى 0.2 Rᵥir، ثم تنخفض بشكل حاد لتصل عند Rᵥir إلى قيمة أقل بمقدار 2. نجد أن الغاز ليس ساكنًا داخل Rᵥir: فالتباينات في السرعة تزيد مع زيادة نصف القطر، والحركات تكون متساوية الاتجاه إلى حد ما، وتساهم في الدعم الكلي للضغط. نختبر نموذجنا باستخدام تعميم لمعادلة التوازن الهيدروستاتيكي، حيث يتم أخذ حركة الغاز بعين الاعتبار بشكل صحيح. نجد أن توافقاتنا توفر وصفًا دقيقًا للنظام: الغاز في حالة توازن ويعتبر مؤشراً جيداً لإمكانات التجمع الكلي إذا تم أخذ جميع العوامل بعين الاعتبار، بينما تسبب فرضيات أبسط، مثل نموذج بيتا، تقديرات خاطئة لنقص الكتلة. نجد أيضًا أنه إذا تم إهمال سرعات الغاز، فإن نموذجًا بسيطًا متساوي الحرارة يكون أفضل عند الأنصاف القطرية الكبيرة مقارنة بنموذج غير متساوي الحرارة.