Detección de ondas de choque en simulaciones cosmológicas de hidrodinámica de partículas suavizadas

Desarrollamos un formalismo para la identificación y estimación precisa de la fuerza de los choques de formación de estructuras durante simulaciones cosmológicas de hidrodinámica de partículas suavizadas. Los choques no solo juegan un papel decisivo en la termalización del gas en estructuras que están en proceso de virialización, sino también en la aceleración de rayos cósmicos relativistas (CRs) a través de la aceleración por choque difusivo. Nuestro formalismo es aplicable tanto al gas térmico no relativista ordinario como a plasmas compuestos de CRs y gas térmico. Para ello, derivamos una solución analítica al problema unidimensional del tubo de choque de Riemann para un plasma compuesto de CRs y gas térmico. Aplicamos nuestros métodos para estudiar las propiedades de los choques de formación de estructuras en simulaciones hidrodinámicas de alta resolución del modelo de materia oscura fría Lambda (ΛCDM). Encontramos que la mayor parte de la energía se disipa en choques internos débiles con números de Mach M∼2 que son predominantemente choques de flujo central o ondas de choque de fusión que atraviesan los centros de los halos. Las estructuras cosmológicas colapsadas están rodeadas por choques externos con números de Mach mucho más altos de hasta M∼1000, pero juegan solo un papel menor en el balance energético de la termalización. Esto se debe a las mayores densidades de gas pre-choque dentro de estructuras no lineales, y a la significativa